電壓互感器爆裂原因分析及防范措施

滕佳怡 ，滕 超 ，姚海燕

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海），山東 威海 264209；2.國網(wǎng)山東省電力公司榮成市供電公司，山東 榮成 264300）

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電壓互感器爆裂原因分析及防范措施

滕佳怡1，滕 超2，姚海燕2

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海），山東 威海 264209；2.國網(wǎng)山東省電力公司榮成市供電公司，山東 榮成 264300）

針對某地區(qū)變電站10 kV中性點不接地系統(tǒng)電壓互感器頻繁爆裂現(xiàn)象，從系統(tǒng)電磁諧振、剩余電壓繞組等方面進(jìn)行分析，闡述故障產(chǎn)生的原因、危害，提出相應(yīng)防范措施，以減少該類故障的發(fā)生。

10 kV中性點不接地系統(tǒng)；電壓互感器；爆裂

0 引言

引起電壓互感器本體介質(zhì)炸裂的原因有多種，結(jié)合事故案例著重從系統(tǒng)諧振過電壓、剩余電壓繞組出口極性等方面進(jìn)行分析。電力系統(tǒng)中如果參數(shù)配合不當(dāng)，易激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的鐵磁諧振過電壓，諧振過電壓幅值較高、持續(xù)時間較長，會引起電氣設(shè)備的絕緣閃絡(luò)爆裂；電壓互感器質(zhì)量存在問題以及剩余電壓繞組出口極性接反使部分繞組短路，在系統(tǒng)接地時均易造成熱膨脹爆裂。

1 故障概述

某地區(qū)兩座變電站的10 kV系統(tǒng)電壓互感器（TV）自設(shè)備改造后燒毀了7組次，共同特點為10 kVⅠ、Ⅱ段母線并列運行，10 kV系統(tǒng)接地且接地運行大約5~20 min后，Ⅱ段母線TV運行正常但Ⅰ段母線TV燒毀，且均出現(xiàn)不同程度的本體爆裂、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出等故障現(xiàn)象，如圖1所示。給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的隱患。

兩座變電站10 kV系統(tǒng)電壓互感器型號為JDZX11-10型，電壓變比為（0.1／3），額定輸出容量為 75／75／100 VA，功率因數(shù)為0.8，故障統(tǒng)計及描述如表1所示。

圖1 電壓互感器爆裂

表1 某地區(qū)電壓互感器故障統(tǒng)計

變電站 日期 故障描述2014-03-22 10 kV高壓室有絕緣漆焦糊味和濃煙，10 kVⅠ段母線TV三相一次熔斷器熔斷，其中C相碎裂，TV本體三相均發(fā)熱擊穿，并有絕緣漆流出2014-11-07 110 kV 10 kV高壓室有絕緣漆焦糊味和濃煙，10 kVⅠ段母線TV三相一次熔斷器熔斷，TV本體三相均不同程度損壞，A、C兩相碎裂較重、B相輕微裂紋B變電站2015-06-11 10 kV高壓室有濃烈的絕緣漆焦糊味，10 kVⅠ段母線TV一次熔斷器C相熔斷,TV本體三相均過熱，C相裂紋，并有絕緣漆流出2015-08-24 10 kV高壓室有絕緣漆焦糊味，10 kVⅠ段母線TV一次熔斷器B、C兩相熔斷，其中B相碎裂；TV本體B、C兩相爆裂擊穿，且均有絕緣漆流出

2 爆裂原因

2.1 原因分析

1）產(chǎn)品質(zhì)量差引起TV燒毀。電壓互感器本身絕緣、鐵芯疊片及繞制工藝不過關(guān)等質(zhì)量問題，均可能出現(xiàn)發(fā)熱過量，使絕緣長期處于高溫下運行，導(dǎo)致絕緣快速老化。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)一次側(cè)電壓在運行中發(fā)生偏斜，尤其在電壓高于電壓互感器額定電壓且過負(fù)荷的情況下，該相電壓互感器內(nèi)部發(fā)熱更加嚴(yán)重，一次側(cè)繞組易擊穿使匝間短路，電流急劇增大更容易引起熱膨脹爆裂擊穿。

2）鐵磁諧振引起TV燒毀。鐵磁式電壓互感器的非線性特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因，當(dāng)系統(tǒng)故障或開關(guān)操作等外界沖擊時，如果參數(shù)配合適當(dāng)會在很大的范圍內(nèi)發(fā)生鐵磁諧振，由于鐵芯磁飽和使電路中電流和電壓發(fā)生躍變，電路由原來的電感性工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙菪怨ぷ鳡顟B(tài)，電流相位發(fā)生了180°反轉(zhuǎn)，在躍變過程中電流激增，電感和電容兩端電壓也隨著增加，若母線和導(dǎo)線對地電容很小，能形成3倍以上高頻諧振過電壓；母線和導(dǎo)線對地電容較大，會出現(xiàn)工頻諧振；母線和導(dǎo)線對地電容很大（電纜線路較多）時，可產(chǎn)生分頻（通常為1／2次）諧振［1］，諧振過電壓幅值較高，由于勵磁感抗減半使電壓互感器深度飽和，勵磁電流急劇增大至額定值的數(shù)十倍，其表現(xiàn)形式是相對地電壓升高或以低頻擺動，電壓互感器在高電壓、大電流下長時間持續(xù)運行，本體溫度迅速升高引起發(fā)熱爆裂擊穿。

3）剩余電壓繞組出口極性錯誤引起TV燒毀。正常接線情況下，電壓互感器的剩余電壓繞組開口三角端子引至端子排的L、N端子，且開口三角末端dn端子在電壓互感器本體處接地，如圖2所示。其剩余電壓繞組出口L、N之間一般有0.2~3.0 V的不平衡電壓。

圖2 電壓互感器剩余電壓繞組出口正常接線

如果10 kVⅡ段母線電壓互感器剩余電壓繞組開口三角端子L2、N2在端子排處接反，如圖3所示，即da2端子經(jīng)過端子排處的標(biāo)號為N2、N1端子，連接至10 kVⅠ段母線電壓互感器本體處的dn1端子后接地，造成Ⅱ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組開口三角端子L2、N2均接地，該接法相當(dāng)于Ⅱ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組短路。無系統(tǒng)接地時，開口三角出口不平衡電壓0.2~3.0 V短路但基本無環(huán)流；發(fā)生系統(tǒng)接地時，且越靠近母線處接地開口三角端子L、N之間電壓越高（可達(dá)到100 V）。由于開口三角端子L2、N2均已接地，二次阻抗很小，產(chǎn)生很大的短路電流，一次電流倍增，電壓互感器內(nèi)部產(chǎn)生很大的壓力無法釋放，使得電壓互感器爆裂擊穿；但Ⅰ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組開口三角端子L1、N1接線正確，因此Ⅱ段母線TV損壞而Ⅰ段母線TV 運行正常［1］。

圖3 電壓互感器剩余電壓繞組出口錯誤接線

2.2 原因確認(rèn)

通過分析電壓互感器爆裂故障的共同特點，檢查發(fā)現(xiàn)Ⅰ段母線更換電壓互感器時接線錯誤，其剩余電壓繞組出口接線在電壓互感器柜端子排處L、N顛倒極性接反，如圖4所示。L1、N1的引線顛倒使L1經(jīng)過端子排處的標(biāo)號為N1端子、電壓并列裝置處端子排N1、N2端子，返回至Ⅱ段母線電壓互感器開關(guān)柜的N2后接地，由于Ⅰ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組端子的N1在電壓互感器開關(guān)柜處接地，造成Ⅰ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組端子L1、N1均接地，該接法相當(dāng)于Ⅰ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組短路，在系統(tǒng)接地且越是近母線處接地，電壓互感器的剩余電壓繞組開口三角端子之間電壓越高，最大短路電壓可達(dá)到100 V。由于L1、N1均已接地且二次回路阻抗很小，產(chǎn)生很大的短路電流使一次電流倍增，在電壓互感器內(nèi)部產(chǎn)生很大的壓力無法釋放造成電壓互感器本體爆裂擊穿、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出、一次熔斷器熔斷；但Ⅱ段母線電壓互感器的剩余電壓繞組出口端子接線正確，系統(tǒng)接地后其運行正常，因此出現(xiàn)頻繁燒毀Ⅰ段母線TV而Ⅱ段母線TV運行正常的情況。

圖4 電壓互感器故障二次接線

3 防范措施

為了限制和消除零序性質(zhì)的諧振過電壓，可采取避開諧振發(fā)生條件或采用保護(hù)裝置以限制諧振過電壓的幅值和持續(xù)時間等預(yù)控措施，選用勵磁特性較好的（如適當(dāng)降低鐵芯磁密）電壓互感器或電容式電壓互感器；在母線上加裝一定的對地電容，改變系統(tǒng)參數(shù)使之超過某一臨界值［2］；將中性點不接地電源系統(tǒng)改為采用消弧線圈接地［3］；但任何措施都有一定局限性，采用時應(yīng)有選擇性。

針對在運的電壓互感器，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范核查其二次接線，包括二次繞組接地、母聯(lián)開關(guān)位置接入情況，不同母線電壓互感器L、N間對地導(dǎo)通情況，電壓互感器三次回路極性等；針對改造及新建變電站的電壓互感器，必須采用獨立電纜，且二次、三次側(cè)回路N不允許共用，并在電壓并列裝置處進(jìn)行統(tǒng)一接地［4］；電壓并列裝置必須引入母聯(lián)位置，一次側(cè)未并列運行時，二次側(cè)決不允許并列運行；對變電站母線分期建設(shè)，電壓并列裝置應(yīng)安排在一期中建設(shè)，分期建設(shè)的不同母線電壓互感器，必須增加電壓互感器二次、三次回路接地點導(dǎo)通測量，同時檢查L、N間阻抗情況，應(yīng)確保電壓互感器三次回路接線極性一致（即頭尾引出線一致），防止特殊情況下形成短路狀態(tài)［5］。

4 結(jié)語

通過理論分析多起電壓互感器爆裂的原因，確認(rèn)其為接線錯誤，針對故障原因提出預(yù)防措施，為今后開展此類故障分析采取有效地防范措施提供了依據(jù)。

［1］凌子恕.高壓互感器技術(shù)手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］于愛民，杜寧寧.電磁式電壓互感器鐵磁諧振案例與消諧改進(jìn)措施［J］.山東電力技術(shù)，2015，42（8）：57-59，70.

［3］林劍，余建華，黃海鯤.變電站10 kV母線PT故障原因及防范［J］.山東電力技術(shù)，2012，39（1）：52-54.

［4］全國量度繼電器和保護(hù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，靜態(tài)繼電保護(hù)裝置分標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程：GB／T 14285—2006［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［5］國家電網(wǎng)公司運維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）及編制說明［M］.北京：中國電力出版社，2012.

Reason Analysis and Countermeasures of Voltage Transformer Burst

TENG Jiayi1，TENG Chao2，YAO Haiyan2
（1.Harbin Insitute of Technology，Weihai 264209，China；2.State Grid Rongcheng Power Supply Company，Rongcheng 264300，China）

Voltage transducers of an ungrounded 10 kV system frequently burst in an area.In this paper，these repeating faults are analyzed from aspects of the electromagnetic resonance and the residual voltage winding.The analysis demonstrated the causes and harmful effects of these failures briefly.Improvements are proposed based on the understanding of the causes of such failures.The suggestions will help on reducing the occurrence of such faults.

10 kV system without neutral point grounding；voltage transformer；burst

TM451

B

1007-9904（2017）11-0074-03

2017-06-06

滕佳怡（1994），女 ，碩士研究生，研究方向為柔性輸配電技術(shù)；滕 超（1969），男，工程師、技師，從事變電運維技術(shù)工作；姚海燕（1975），女，技師，從事變電運維工作。