(成都雙流國際機(jī)場(chǎng)股份有限公司 610220)

1 接地系統(tǒng)概述

本文研究對(duì)象為在東北電網(wǎng)500kV變電站中66kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，對(duì)母線電磁式電壓互感器的故障分析及處理。整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)均為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因此故障擾動(dòng)對(duì)于電網(wǎng)參數(shù)的影響較大，出現(xiàn)諧振過電壓問題，有多種表現(xiàn)形式，如高頻、分頻或基波諧振等。該案例中分頻諧振為三相電路1/2分頻諧振，系統(tǒng)接地故障為冰點(diǎn)電抗器短路故障引起，并引發(fā)系統(tǒng)分頻諧振，在長時(shí)間的高壓過載的情況下，電磁式電壓互感器發(fā)生爆炸，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 爆炸原因分析

2.1 事故過程

在500kV變電站66kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行過程中，66kV系統(tǒng)電抗器發(fā)生過流保護(hù)動(dòng)作，引發(fā)電抗器間隔斷路器跳閘動(dòng)作，工作人員立即對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況展開調(diào)查，發(fā)現(xiàn)66kV系統(tǒng)中母電壓顯示異常，并及時(shí)匯報(bào)，同時(shí)對(duì)于66kV系統(tǒng)運(yùn)行線進(jìn)行了紅外測(cè)溫測(cè)試，未觀測(cè)到明顯的發(fā)熱現(xiàn)象，然后對(duì)于系統(tǒng)的測(cè)控屏以及電磁式電壓互感器二次側(cè)開關(guān)裝置進(jìn)行故障檢測(cè)，仍未發(fā)現(xiàn)明顯的故障現(xiàn)象。一個(gè)小時(shí)之后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員觀測(cè)到66kV系統(tǒng)中C相及B相電磁式電壓互感器相繼出現(xiàn)明顯的噴油現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)工作人員做了及時(shí)的記錄并匯報(bào)，同時(shí)，為保障安全，立即撤離變電站故障現(xiàn)場(chǎng)，幾分鐘之后觀測(cè)到66kV系統(tǒng)中C相及B相電磁式電壓互感器相繼爆炸，爆炸引發(fā)設(shè)備著火，并引發(fā)主變差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，開關(guān)跳閘，前后大約歷時(shí)170分鐘。

2.2 事故原因分析

在爆炸事故發(fā)生后，相關(guān)工作人員對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)情況展開了檢查，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，66kV系統(tǒng)中電抗器包封間有較為明顯的放電燒黑現(xiàn)象，并出現(xiàn)電抗器絕緣部損傷，電磁式電壓互感器爆炸后只留下底座，存在明顯的電弧灼燒痕跡，電磁式電壓互感器附近的斷路器及瓷套傘裙及絕緣子等均出現(xiàn)燒蝕破損，并對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)部分受損設(shè)備進(jìn)行了拍照并詳細(xì)記錄。

（1）系統(tǒng)接線情況分析

電網(wǎng)系統(tǒng)中，發(fā)生爆炸故障的66kV系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)，包括500kV側(cè)、220kV側(cè)以及66kV側(cè)，其中66kV側(cè)電磁式電壓互感器裝設(shè)于1號(hào)主變主三次套管與1號(hào)主三次開關(guān)之間的母線上，通過對(duì)于爆炸過程的分析，相間電壓互感器的爆炸引發(fā)短路接地故障，符合變壓器差動(dòng)保護(hù)機(jī)制，因此繼電保護(hù)動(dòng)作正常。

（2）故障錄波情況分析

系統(tǒng)對(duì)于故障發(fā)生過程的波形狀態(tài)進(jìn)行了完整記錄，調(diào)取一部分波形曲線圖見下圖2所示，該過程中發(fā)生1/2分頻諧振。通過對(duì)于系統(tǒng)及錄波的分析，系統(tǒng)C相瞬時(shí)接地故障持續(xù)時(shí)間較短，約為70ms，C相瞬時(shí)接地故障結(jié)束后產(chǎn)生系統(tǒng)諧振。如錄波情況圖所示為1/2分頻諧振（零序電壓振蕩周期約為25Hz），持續(xù)時(shí)長約1分鐘。此過程中，通過對(duì)系統(tǒng)三相對(duì)地電壓最大有效值進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)C相對(duì)地電壓最大，B相次之，A相最小，存在嚴(yán)重的波形畸變，零序電壓最大有效值約47.43kV。

分頻諧振現(xiàn)象消失后三相對(duì)地電壓波形恢復(fù)正常，通過對(duì)系統(tǒng)三相對(duì)地電壓最大有效值進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)B相對(duì)地電壓最大，且中性點(diǎn)處出現(xiàn)時(shí)長約5s的3.5kV工頻電壓，之后，中性點(diǎn)零序電壓幅值逐漸升高。從三相及零序電壓變化錄波中發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的增加，零序電壓幅值逐漸升高，B相出現(xiàn)最大幅值，其有效值約65.38kV，在此過程中C相電壓互感器的絕緣性能下降，之后B相電壓互感器的絕緣狀況也開始劣化，最后各項(xiàng)對(duì)地電壓幾乎降至 0值，暗示著互感器的主絕緣被徹底擊穿，引發(fā)兩相接地短路故障，并引發(fā)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，主變開關(guān)跳閘。

（3）諧振問題討論

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象一般具備以下三方面的條件：首先，網(wǎng)絡(luò)對(duì)地容抗與電壓互感器的勵(lì)磁感抗的比值位于諧振曲線區(qū)內(nèi)；其次，電源電壓處于特定區(qū)間；最后，具備激發(fā)條件。

從以上三方面條件來看，系統(tǒng)諧振時(shí)對(duì)地電容包括主變主三次側(cè)對(duì)地電容、母線對(duì)地電容、主三次電流互感器對(duì)地電容等三部分，依據(jù)電壓互感器出廠的勵(lì)磁特性曲線進(jìn)行分頻諧振的分析，且在這個(gè)過程中伴隨油的迅速分解，互感器內(nèi)部壓力不斷升高，最終引發(fā)爆炸事故。

3 整改措施與總結(jié)

（1）選用電子式、電磁式或勵(lì)磁特性較好的電壓互感器

對(duì)于諧振系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以消除系統(tǒng)諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應(yīng)用于智能化變電站，無鐵心線圈，因此可避免發(fā)生諧振，但仍需大量的實(shí)踐檢測(cè)。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(zhì)的負(fù)載，可應(yīng)用于易發(fā)生鐵磁諧振的場(chǎng)合，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，故障率高，并存在二次諧振的風(fēng)險(xiǎn)；勵(lì)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(xiàn)諧振，其勵(lì)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。

（2）抑制或消除諧振，以促使電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)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(diǎn)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(dǎo)致設(shè)備損壞，因此需系統(tǒng)化分析分頻諧振的誘因，高幅值的、長時(shí)間的分頻諧振造成互感器內(nèi)部絕緣嚴(yán)重劣化，最終導(dǎo)致熱量大量積聚，出現(xiàn)電壓互感器爆炸故障，因此需從中吸取教訓(xùn)，基于問題點(diǎn)不斷優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，以提升辨別和處理系統(tǒng)異常的能力。

4 結(jié)論

在電力系統(tǒng)應(yīng)用中，電壓互感器是重要的連接設(shè)備，電壓互感器的性能直接關(guān)系到電力系統(tǒng)中一二級(jí)電氣回路的連接性能。電壓互感器有多重類型，目前應(yīng)用較廣的為電磁式電壓互感器，在電力系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)電氣隔離并實(shí)現(xiàn)低電壓的轉(zhuǎn)換，以滿足繼電保護(hù)裝置等的電壓需求。

[1]陳瑞國等.66kV系統(tǒng)TV鐵磁諧振現(xiàn)象分析[J].東北電力技術(shù)，2007，11:17-21.