電壓互感器爆炸原因解析及防治措施

王國琨 孫曉黎

摘要：隨著科技在不斷的發展，社會在不斷的進步，針對一起運行中的35kV電壓互感器爆炸故障，結合現場檢查情況及鐵磁諧振仿真技術分析了35kV電壓互感器爆炸的原因，并提出了防治措施。

關鍵詞：電壓互感器；爆炸；鐵磁諧振；消諧器

在35kV中性點不接地系統中，為了監控電力系統的運行狀態，安裝了大量的電磁式電壓互感器。由于電壓互感器在受到某些擾動時，會產生鐵磁諧振，引起虛假接地現象，鐵心飽和會出現過電壓和大電流，長時間的大電流會使高壓側熔絲熔斷，重則會引起電壓互感器爆炸和停電事故，嚴重影響系統的安全運行。

1故障概況

2017年4月，110kV某變在進行35kV 1線斷路器由運行轉熱備用操作時，切除35kV 1線空載線路時產生的操作過電壓導致35kV I母電壓互感器A、B相爆炸。故障前運行方式為110kV某變110kV#1主變、#2主變高壓側并列運行，中低壓側分列運行；110kV#1主變中壓側接于35kV I母，35kV I母運行于35kV 1線、35kV 2線、35kV 3線。

2故障檢查情況

（1）A相一次、二次繞組明顯燒損，有短路現象，一次繞組首端引出套管因爆炸散落在開關柜旁，電壓互感器頂部環氧樹脂外殼因熱膨脹而大部分損壞。現場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻為零，即一次繞組對二次繞組及地之間發生短路。電壓互感器A相檢查情況如圖1所示。（2）B相一次繞組明顯燒損，電壓互感器垂直方向一次繞組所在截面破裂，環氧樹脂外殼右側面部分損壞?，F場測試一次繞組對地絕緣電阻為零，二次繞組絕緣電阻合格，一次繞組對地之間發生短路。

（3）電壓互感器C相外觀無明顯異?！，F場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻合格，勵磁特性合格，僅有環氧樹脂燒蝕的黑色粉塵散落在側面。

（4）現場檢查發現，35kV I母電壓互感器A、B、C三相均未安裝消諧器。

3事故過程分析：

通過對OPEN3000系統數據和保護裝置檢查、保護動作的時間先后整理，保護動作分析如下：因該變電站承擔鋼廠負荷，鋼廠合閘期間，系統受到擾動，達到電壓互感器鐵磁諧振（分頻諧振）條件，產生電磁振蕩，形成諧振過電壓，造成遙信顯示虛假接地現象，接地告警頻發。電壓互感器在正常工作電壓下，鐵芯磁通密度不高，鐵芯不會飽和，但在過電壓情況下，鐵芯磁通密度升高，鐵芯飽和，電感會迅速下降，產生很大的一次諧振電流，保險過熱熔斷，熔斷時發生爆炸引起弧光短路，由1號主變后備保護正確動作，切除了故障，全所失電，電弧爆炸造成了柜內設備燒損。

4原因分析

（1）由仿真的電壓波形可知，35kV母線電壓互感器A、B相損壞是由鐵磁諧振引起的，35kV I母發生1/2分頻諧振；電壓互感器A相繞組絕緣故障持續惡化，電壓互感器B、C相飽和產生工頻諧振，引起A、B相斷路，最后發展為三相短路。（2）分頻諧振引起電壓互感器A相繞組絕緣故障后，熔斷器長時間沒有將故障電壓互感器隔離，同時35kV電壓互感器熔斷器熔體熔斷電流為4A（有效值），而1/2分頻諧振時峰值電流最大為4A，因此熔斷器不可能快速熔斷，長時間過流使得熔斷器熔體出現熔斷的斷口，電弧持續復燃，產生的操作過電壓使故障進一步擴大，造成電壓互感器B、A相相繼爆炸，帶電粉塵導致相間空氣間隙擊穿。（3）在將35kV 1線斷路器由運行轉熱備用操作時，切除空載線路（35kV 1線）產生操作過電壓激發，而電壓互感器未安裝消諧器，導致35kV I母設備、電纜對地電容電流與35kV母線電壓互感器發生鐵磁諧振。

5防治措施

（1）對尚未安裝消諧器的母線電壓互感器進行清理，并結合停電計劃安裝一次消諧器。發生下列情況時應采用微機二次消諧器：采用一次消諧器導致電壓不平衡或零序電壓超出保護整定值；采用一次消諧器導致電磁式電壓互感器一次中性點絕緣損壞；防護斷線諧振或電磁式電壓互感器僅兩相運行情況下的鐵磁諧振。（2）選用電子式、電磁式或勵磁特性較好的電壓互感器對于諧振系統相關參數進行調整，以消除系統諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應用于智能化變電站，無鐵心線圈，因此可避免發生諧振，但仍需大量的實踐檢測。需合理選用安全性及可靠性較好的電壓互感器；電容式電壓互感器是屬于電容性質的負載，可應用于易發生鐵磁諧振的場合，但其結構相對復雜，故障率高，并存在二次諧振的風險；勵磁特性好的電磁式電壓互感器的鐵心不易飽和，可以避免出現諧振，其勵磁特性曲線近似于線性，因此可考慮采用呈容性的電磁式電壓互感器。（3）抑制或消除諧振，以促使電網恢復正常運行包括以下三方面的措施：在開口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點與地之間接入阻尼電阻、在開口三角兩端接入專用消諧裝置等。分頻諧振導致設備損壞，因此需系統化分析分頻諧振的誘因，高幅值的、長時間的分頻諧振造成互感器內部絕緣嚴重劣化，最終導致熱量大量積聚，出現電壓互感器爆炸故障，因此需從中吸取教訓，基于問題點不斷優化系統結構及參數，并加強對運行人員的培訓，以提升辨別和處理系統異常的能力。（4）全絕緣電磁式電壓互感器選用不帶限壓間隙型消諧器，而分級絕緣電磁式電壓互感器選用帶限壓間隙型消諧器。（5）對安裝一次消諧器后仍發生熔斷器頻熔或電壓互感器頻繁損壞的變電站，應結合停電計劃安裝電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置。（6）為防止35kV電壓互感器絕緣故障熔斷器能有效切除故障，應選擇質量較優廠家的產品，10kV、35kV電磁式電壓互感器熔斷器熔體長度不應小于60cm、150cm，60s內熔體的熔斷電流應小于2A。具體選擇：基于系統額定相對地電壓與直流電阻的比值，選擇熔斷器最小熔斷電流。

6結語

雖然這只是一起典型的鐵磁諧振引起的電壓互感器柜爆炸事故，事故發生的整個過程確實非常完整和具體的將保護和一次設備的配合性給我們呈現出來。在此次事故中，我們看到了鐵磁諧振的重大危害，也讓我們認識到繼電保護正確動作的重要性。要針對不同變電站的不同情況，合理選擇抑制鐵磁諧振的方法，切實保障人身、電網、設備的安全，保障電力系統的穩定運行。同時也告誡我們檢修人員，只有扎實的理論基礎配上果敢、冷靜的頭腦，和勤勤懇懇的工作態度，才能更好的將工作做好。通過此次電壓互感器爆炸故障分析，應在所有電壓互感器上安裝一次、二次消諧器，按需求配備電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置，選擇合格的熔斷器，防止頻繁出現電壓互感器爆炸及熔斷器熔斷事故。

參考文獻：

[1]顏冰，錢國超，馬儀，等.電容式電壓互感器運行異常分析[J].云南電力技術2014（4）：106-108.

[2]陳化鋼.電力設備異常運行及事故處理手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

（作者單位：大連第一互感器有限責任公司）