玉溪新興鋼鐵公司10kV電壓互感器 爆炸事故分析

王前斌 羅化龍 沈俊軼

（昆鋼集團玉溪新興鋼鐵有限公司，云南 玉溪 653100）

玉鋼線帶廠10kV 電壓互感器于2007年、10年發生了兩次爆炸事故，本文就玉鋼線帶廠10kV 電壓互感器爆炸事故加以分析，并提出相應的解決辦法。

1 玉鋼公司接地系統簡介

玉鋼公司10kV電力系統運行為單母線分段運行，接地系統為小電流接地系統。中性點正常運行時不接地，如圖1所示。

圖1 玉鋼公司供電系統示意圖

2 電壓互感器爆炸原因分析

2.1 事故過程

2007年6月21日由于系統單相接地短路，玉鋼變電站10kVⅠ段SHK-XHG消弧及過電壓保護裝置動作，玉鋼10kVⅠ段C相金屬性保護接地。在系統接地約25min時玉鋼線帶廠中心配電室10kVⅠ段電壓互感器發生爆炸，更換新互感器后正常運行。2010年1月，玉鋼電力系統由于電纜擊穿發生接地故障，玉鋼變電站10kVⅠ段SHK-XHG消弧及過電壓保護裝置動作，10kV1#段母線B相經SHK-XHG高壓真空接觸器接地運行。同樣是在查找系統接地過程中23min時，玉鋼線帶廠中心配電室10kVⅠ段電壓互感器再次發生爆炸。

2.2 事故原因分析

由于兩次事故特征非常相似，均是在系統發生接地故障后一段時間內同一電壓互感器爆炸。因此玉鋼公司邀請了電壓互感器設備制造商及昆鋼公司專家參與了事故原因分析。在原因分析中有兩種觀點，一種觀點認為玉鋼線帶廠中心配電室10kVⅠ段電壓互感器可能是由于正常運行時經常要承受軋鋼時帶來的高次諧波，電壓互感器高壓繞組激磁飽和會對繞組絕緣造成累計傷害。當系統B相接地運行，A、C相電壓升高，繞組承受接較大電流發熱、絕緣受損加快導致的電壓互感器爆炸。電壓互感器二次側故障不應該引起一次側電壓互感器爆炸，理由是二次側短路有二次保險保護，同時高壓側也有高壓熔斷器保護。

另一種觀點認為不排除由于二次線路故障導致的高壓側爆炸，應重新檢查電壓互感器柜的二次接線和絕緣。在對電壓互感器二次進行了常規的絕緣及接線檢查后未發現異常，決定將更換好的新電壓互感器送電運行，送電后檢查電壓互感器的三相相電壓、線電壓指示均正常，檢查電壓互感器開口三角的電壓3U0為0V。

至此所有檢測的數據均為理論正常數據。

但根據經驗判斷，雖然3U0理論上為0，但實際運行中由于電壓互感器固有誤差，一次系統中含有高次諧波電壓及各相的負荷不平衡等原因，使電壓互感器二次輔助繞組構成的零序電壓3U0基本上不會出現等于0的情況。于是決定再次檢查電壓互感器開口三角的的接線。

2.3 故障點查找

經過認真檢查，發現在該電壓線引去至電壓互感器并列柜，順藤摸瓜至電壓互感器并列柜發現由于施工人員誤套了端子號套管，竟然將電壓互感器開口三角的電壓的兩根出線接到一個并聯端子上。故障點如圖2所示。

圖2 電壓互感器開口三角故障點

至此發現事故原因為：電壓互感器在正常運行時由于3U0的值非常小，雖然也在開口三角繞組內有一些環流，但還不至于造成電壓互感器損壞。但當發生系統單相接地故障時，開口三角電壓將升至很高，繞組環流變得很大，電壓互感器燒毀就只剩下時間的問題了。

2.4 一次熔絲未起保護作用原因分析

為什么電壓互感器的開口三角接線短路會導致互感器爆炸呢？電壓互感器的一次側不是裝有熔斷器嗎，為什么不能起到保護的作用？

為了能更直接說明問題，我們分別調取了玉鋼系統正常運行時的標準矢量圖（圖3）和2010年1月玉鋼電力系統由于電纜擊穿發生單相接地時故障錄波圖（圖4）來對比進行分析。

根據系統正常時的實時矢量圖可見，當供電系統處于理想的狀時，電壓互感器的三相電壓幅度相同，相角相差120°，由圖5測得的實時值可見正常時系統零序電壓為0.013kV，根據電壓互感器的變比 為：可得此時：3U0= 0.013 5.77×1 00 = 0.225V ，由此可得知系統正常運行時雖然開口三角中有一些環流流過，但不一定會將電壓互感器損壞。結合事故后值班人員回憶，他們在年度的清灰工作中就發現該組電壓互感器的溫度比其他的要高些，但未引起重視，印證了該電壓互感器一直存在不正常環流的情況。

圖3 供電系統正常運行標準矢量圖

圖4 系統發生單相接地時事故錄波圖

但電壓互感器一次側不是也有保險保護嗎，為什么一次的保護未起到作用呢？電壓互感器保險一般選擇0.5A的熔絲，主要進行電壓互感器高壓側短路保護，由于開口三角接線短路，就會感應出較大的磁通，電壓互感器鐵心的工作點進入深度飽和區，因而產生很高倍數的過電流，但是并沒有達到0.5A，由于熱量以平方關系增長，當超過其極限輸出容量時，從而導致電壓互感器熱穩固性破壞而先于熔斷器燒毀。查閱有關文獻資料選擇JDZX16-10RG型電壓互感器進行的試驗分析得“根據其極限輸出容量300VA，計算得到最大允許電流Imax=51.96mA，而電壓互感器額定電流為In=2.8mA ， 得到Imax/In=18.56，表明產生18.56倍過電流時，就極可能導致該電壓互感器的損壞。電壓互感器保險電流Im為0.5A，一般熔斷電流為額定電流的1.25倍，計算為0.625A，為額定電流的223.2倍。對比最大允許電流，得出電流在未達到保險熔斷電流之前就已經可能導致電壓互感器的燒毀。”[1]這就解釋了為什么電壓互感器爆炸了，高壓側熔斷器并不一定起作用的原因。

3 防止互感器二次接線錯誤的措施

經對電壓互感器兩次事故原因進行分析，結合相關資料及工作經驗，為防止由于電壓互感器二次接線錯誤導致電壓互感器損壞應采取如下措施：

1）在電氣設備安裝時，一定要進行接線檢查，嚴格遵守電壓互感器二次側嚴禁短路的規定。

2）工程驗收時，必須測量絕緣監察回路的電阻。同時使用繼電保護調試儀器施加模擬電壓二次線路進行檢測。如發現電流異常應查明原因。

3）運行中要定期檢查電壓互感器柜開口三角二次線路是否出現過載，燒損導線的現象。可用量程較小的鉗形電流表檢查開口三角二次線路的回路電流，及時發現是否存在短路情況。

4）運行中檢查電壓互感器表面是否有因長期過載導致的發熱現象。

5）當發生電壓互感器爆炸事故后，應全面分析事故原因，對于二次接線錯誤的原因不要輕易排除。

4 結論

通過對玉鋼公司線帶廠電壓互感器爆炸原因進行分析得出：由于電壓互感器開口三角二次回路接線錯誤在正常運行很難及時發現，發生故障后又容易被誤認為由雷擊或諧振引起，具有一定的隱蔽性，長期運行的故障電壓互感器在系統單相接地故障時必然要燒毀。玉鋼公司在確認電壓互感器爆炸原因后，更換損壞的電壓互感器及改正了錯誤的二次導線。2010年1月份運行至今，雖然同段系統發生過兩次單相接地故障，但再沒有發生過電壓互感器爆炸故障或爆裂現象。

[1] 王軍兵.10kV 電網單相接地引起電壓互感器損壞的機理研究[D].重慶: 重慶大學,2012.

[2] 林武斌.10kV 電壓互感器柜開口三角并列運行引起的故障[J].電氣時代,2009(8): 90.

[3] 李寧,趙東.10kV 電壓互感器在投運時開口三角電壓異常分析[J].電氣制造,2014(2): 64-66.

[4] 李繼房,洪旸錦,唐元媛.開口三角電壓回路短路引起的故障分析[J].電工技術,2011(10): 46-48.