水電站變壓器中性點故障與接地探討

蘇丕紅

(中國水電顧問集團雙柏開發有限公司，云南 雙柏 675100)

1 引言

保護接地是電氣設備的主要安全措施之一。例如，在互感器中，其二次都要接地，目的就是防止互感器高壓側串入低壓側，導致低壓側絕緣損壞，從而造成設備損壞事故。又如，在中性點不接地系統中，為防止高壓側串入低壓側，使整個系統對地電壓升高，常采用下列措施:在變壓器低壓側安裝擊穿保險器JBO 并接地，當正常運行時，低壓電網與大地隔離，而使電網按中性點不直接接地的方式運行;而當高壓側串入低壓側時，保險器被擊穿，高壓電網形成單相接地電流，使保險裝置切斷高壓側電源，從而保護電氣設備［1］。

2 水電站變奪器中性點故障的原因分析

2.1 在過電壓下損壞(1)鐵磁諧振過電壓是導致110—220kV 串級式電壓互感器損壞或爆炸的山種常見過電壓。它是由斷路器均壓電容與母線電磁式電壓互感器在某些運行狀態下產生的串聯鐵磁諧振過電壓。這種過電壓大多數在有空母線的變電所，當打開最后一條線路的斷路器時發第五章配電設備典型故障診斷與處理233 生。這種過電壓造成電壓互感器損壞或爆炸的原因是:①過電壓幅值高，現場實測到的過電壓為1.65—3 倍額定電壓，在這樣高的電壓作用下，電壓互感器的勵磁電流急劇增加，有時可達幾十倍額定勵磁電流，這個電流將破壞絕緣，同時高壓使得絕緣擊穿，造成互感器事故;②過電流數值大。當斷路器的均壓電容與母線電磁式電壓互感器引起分頻諧振時，雖然電壓幅值并不高，但是磁通密度可達額定電壓下的3 倍，產生數值甚大的過電流，它將使得高壓繞組發熱嚴重，絕緣嚴重受烤，從而損壞電壓互感器，國內目前對前一種過電壓研究較多，已引起充分重視［2］。(2)其他過電壓。運行經驗表明，電壓互感器也有在雷電過電壓、工頻過電壓下損壞或爆炸的情況。例如有的電壓互感器在單相接地事故引起的電壓升高的作用下，不到幾分鐘就爆炸了。按理，電壓互感器應當能承受這些過電壓，然而它卻爆炸了，這只能說明這些電壓互感器內部有隱患，如設計裕度小，材質和工藝差，若再加受潮，則很難承受這些過電壓［3］。

2.2 線圈絕緣不良線圈絕緣不良多半是由于電磁線材質差、設計的絕緣裕度小、工藝不嚴格造成的。電壓互感器在較長時間內采用漆包線，由于上漆工藝不良，漆包線掉漆，在表面形成較多針孔缺陷，繞制時導線露銅處未處理，線匝排列不均勻，有溝槽或重繞，導線“打結”，磨傷漆皮，引線焊接粗糙、掉錫塊，層間絕緣繞包不夠，線圈端部處理不好或采用層壓紙板端圈等，很容易發生匝間短路，層間和主絕緣擊穿。運行中引起互感器事故。

2.3 支架絕緣不良國產的110—220kV 電壓互感器一般均為串級式結構，用絕緣支架夾緊鐵心，并支撐整個器身及相應電位。支架材料一般選用酚醛層壓板或層壓環氧玻璃布板，由于加工、處理不當，有分層、開裂現象;，水分和氣泡不易排除，故極易發生閃絡和內層擊穿。另外，由于結構設計不周，裝配中使支架內側穿心螺桿的螺母與鐵心的金屬壓接處脫開，致使運行中穿釘的電位懸浮而放電，不僅使油分解劣化，也直接影響了支架的絕緣強度［4］。

3 案例分析

某水電廠兩臺6300kW 的發電機中性點接地系統是經FCD-6 型避雷器接地的小接地短路電流系統，在發電機定子回路采用絕緣監察裝置監視接地故障，監察裝置的電壓信號取自三只JDZJ-10 型電壓互感器，其二次接線，發電機投入運行后多次出現非金屬性接地故障，接地信號的持續時間則有長有短，有時是瞬時性的［5］。

檢查及分析;值班人員對發電機及電壓互感器、勵磁變及相關引出線進行了全面檢查，均未發現接地點。由于在小接地短路電流系統中發生單相接地時，相間電壓保持不變，可以在2h 內帶故障運行的，但是此時非故障相的對地電壓將升高點倍。當發生某電廠發電機TV 二次接線歇性電弧接地時，非故障相的對地電壓可升高到相電壓的2.5—3 倍，這種過電壓對系統安全威脅很大，可發展為兩相接地短路，甚至會燒毀發電機。因此，在單相接地故障發生后，應在2h 內進行處理或將故障隔離，避免故障擴大。:由電壓互感器的接線圖可知，接地信號繼電器KS 是接在電壓互感器二次側開口三角形繞組上的，當發電機三相電壓及超負荷對稱時，開口三角形繞組的輸出電壓為零，KS 不動作;當發生一相接地時，中性點產生了位移，開口三角形繞組將有電壓輸出，使信號繼電器KS 動作。因此，為了盡快查明故障，將絕緣監視用電壓互感器的高壓側的熔斷器斷開兩相，在只有一相熔斷器的情況下投入，用萬用表測量開口三角形繞組兩端電壓是否與接地電壓表指示相符。當測試人員手持式表筆靠近電壓互感器的鐵心時，在還有一定距離的情況下被電擊。這說明互感器鐵心帶有高壓，但由此也給我們一個提示.接地的鐵心為什么會帶電呢?于是，對電壓互感器停電檢查，結果發現，生產廠家將電壓互感器高壓側中性點接地改接至鐵心再經鐵心接地，實際上鐵心卻沒有接地［6］。在這種情況下，當互感器只有一相投入時，鐵心對地便帶有一相電壓，在萬用表表筆靠近時，就使一定距離的空氣隙擊穿，使測量人員被電擊。互感器中性點未接地的發現，也就解開了發電機多次出現非金屬性接地的故障之謎:以往的非金屬性接地故障只是一種假象。它是由于系統電壓或負荷不對稱造成的中性點位移，產生較大的零序電壓，使繼電器動作。

［1］田鳳玉.三峽地下水輪發電機首臺定子機座裝焊精度控制［J］.金屬加工(熱加工)，2012(24)：187-188.

［2］陳晨.仙游抽水蓄能電站發電機定子鐵心磁化試驗綜述［J］.機電信息，2012(36)：201-202.

［3］鄭元吉，張建華，張勝平.西龍池電站定子下線試驗工藝探討［J］.機電信息，2012(36)：90-92.

［4］馮敏.某水電站發電機組定子和轉子的干燥處理方法［J］.四川水利，2012(06)：188-189

［5］靳永衛.發電機組控制系統辨識研究［J］.湖南農機，2012(11)：115-116.

［6］黎勇飛.京南電站燈泡貫流式機組運行中存在問題分析及處理方法［J］.機電信息，2012(33)：67-68.