一起500 kV變電站66 kV母線鐵磁諧振故障分析

王昭斐，劉洋，馬遜，夏博雅，徐成西，南洋

（國網北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺100071）

關鍵字：母線；鐵磁諧振；消諧；TV

目前較多城市內500 kV站66 kV設備主要帶無功設備[1-2]，中性點不接地系統，在空充母線等系統參數發生變化時容易發生鐵磁諧振現象[3-4]，進而造成異常范圍擴大甚至發生故障的情況。

本文通過一次母線鐵磁諧振導致的故障分析，研究鐵磁諧振故障的原因及機理，并在最后提出抑制TV鐵磁諧振的方案及運行人員安全保護的方案。

1 異常情況

故障當月24日1:00列缺，某500 kV站1#變投運操作過程中，66 kV 1#母線帶611電抗器、603站用變合601開關時，1#變差動保護、后備保護、低壓側過流保護動作造成601開關跳閘，提取保護裝置動作報告顯示均為低壓側后備保護動作跳601開關。

故錄報告顯示2套裝置啟動跳閘正確，原因為66 kV母線發生三相故障，最大瞬時電流60 kA（A相：16 A，B相：18 A，C相：14 A）。

隨后伴發“66 kV 1#母線TV間隔氣室SF6壓力降低報警”“614其他氣室SF6壓力降低報警”動作信號，工業電視檢查發現66 kV 1#GIS室有爆炸現象。

該500 kV站66 kV設備61-9間隔為2007年出廠，2008年投運。

2 現場檢查處理

2.1 運行人員檢查情況

23日23:22 運維人員合上601開關后，檢查66 kV 1#、2#母線電壓均不正常，1#母線相電壓顯示A相33 kV，B相34 kV，C相33 kV，線電壓數值顯示6～9 kV跳動，1段母線U0為95.75 V。檢查601開關主變側帶電顯示器A、C相紅燈亮，懷疑為諧振，申請拉開601開關。運維人員投入1#站用變603后，用601帶603間隔消諧。

24日00:54 ，1#主變兩套后備保護動作跳開601開關，監控機發“614其他氣室SF6壓力低報警”，“66 kV 1#母線TV間隔SF6壓力低報警”。

24日01:10 ，通風15 min后，運維人員佩戴正壓式呼吸器檢查，發現61-71刀閘附近66 kV 1號母線TV間隔波紋管及母線倉波紋管損壞。

2.2 現場一次設備檢查情況

檢修人員到站檢查，601斷路器處于分位，66 kV 1號母線61-71倉、61-9刀閘倉、61-9 TV倉氣體壓力回零，61-71倉兩側絕緣盆子及波紋管裂開，可見內部導體，A相導體屏蔽罩有明顯放電痕跡；61-9 TV間隔61-9刀閘倉兩側絕緣盆子碎裂；現場地面可見部分碎裂絕緣盆子，61-9 TV間隔倉體外殼及61-71機構箱有拉弧灼燒痕跡。

經現場檢查，初步懷疑61-71倉室A相導體屏蔽罩為第一放電點。

2.3 保護動作情況

24日00:53 :08.479，66 kV 1#母線發生B相接地，24日00:54:18.859，發展為三相短路故障，流經601的電流約為29.481 kA（過流I段定值4.9 kA，0.9 s），經903 ms，1號變壓器RCS978低后備過流I段保護動作；經902 ms，1號變壓器PST1200低后備過流I段保護動作，跳開601開關。

3 設備解體分析

29日現場開展故障間隔拆解工作，拆解過程中發現61-91倉內導體扭曲，受力明顯，連接61-91倉與613-1倉盆子導體斷裂，斷裂導體斷面較粗糙，懷疑內部原有氣隙，61-91倉與61-9倉盆子連接導體從槽內脫落，如圖1所示，部分螺栓存在高溫熔焊情況無法直接拆解，須電鋸分解。

圖1 61-71倉內破碎絕緣盆子堆積

61-9TV倉內電壓互感器線圈燒毀，如圖2所示，倉內跡象顯示內部發生燃弧，故障產生的高壓氣體及破碎絕緣盆子由61-9TV倉向61-9刀閘倉方向噴射；61-9TV倉、61-9刀閘倉、61-71倉、614-1母線刀閘倉內導體、絕緣盆子、波紋管等嚴重破損。

圖2 61-9 TV線圈燒毀

經分析確定61-9TV倉內電壓互感器為故障起始點。

4 結論與分析

由于該500 kV站66 kV 1#母線電壓互感器勵磁性能較差，24日操作過程中，空充母線時TV線圈磁飽和導致感抗降低與系統容抗匹配產生諧振，諧振過程持續時間較長，TV持續發熱導致B相線圈燒毀率先接地，約70 s后發展為三相短路，短路過程產生的高壓氣體通過61障9TV倉向61障71母線倉噴射，直至擊破61-71母線倉與614-1母線倉間波紋管。

通過現場檢查、故障錄波分析和解體分析，確定本次故障原因是由于61障9TV倉內三相短路拉弧，高壓氣體擊碎本倉絕緣盆子，導致多個倉體導體移位、絕緣盆子破碎致使故障范圍進一步擴大直至601斷路器分閘隔離故障區域。

5 消諧方案及運行建議

電力系統消諧方法一般從以下幾個方面進研究：改變電力系統電感、電容元件參數，使它們不具備諧振條件，快速消耗諧振能量，降低諧振過電壓、過電流的倍數[5-7]；合理地分配有功負荷，一般在輕載或空載條件下易發生諧振。針對此次問題，對該500 kV站66 kV TV一次側中性點安裝消諧電阻，通過非線性電阻既不影響設備正常運行，同時在諧振時完成能量釋放，迅速抑制諧振。

同時可以在消諧電阻與中性點間連接線安裝消諧報警裝置，通過高精度羅氏線圈測量不平衡電流，在發生諧振時當地及站端報警，及時提醒運行人員，避免人身傷害。