水廠10kV電壓互感器燒毀事故分析

哈爾濱供水集團機電搶修維護分公司 李兆龍

哈爾濱市朱順屯取水廠主要承擔著哈爾濱市松花江水源的取水任務及備用水源的加壓任務，設計取水能力為115萬噸/日，主廠區內設有66kV 變電所，經主變壓器轉換為10kV 電壓，配送至主廠區內一泵站、二泵站、三泵站、應急泵站，10kV 采用中性點不接地運行方式。

2020年4月30日下午變電所后臺監控鳴笛報警，后臺主機顯示10kV 系統接地，電壓數據顯示A 和C 兩相電壓異常升高，B 相電壓異常降低。此時相關工作人員立即匯報，經過上級批準，派遣四名工作人員分為兩組穿戴安全用具進入各泵站內檢查，當斷開變電所內給另一水廠供電的10kV 高壓柜斷路器時報警消除，儀表數據恢復正常。后經線路巡線人員檢查，發現室外桿塔上B 相電纜頭絕緣破損，這是引起系統接地故障的原因。在水廠人員檢查設備查找接地點時，應急泵站內II 段電壓互感器柜出現冒煙現象，在高壓室內有刺鼻氣味，在發生故障時此泵站內投入進線柜及電壓互感器柜，未投入其他開關柜。切斷進線電源，抽出電壓互感器手車，發現電壓互感器有多處熏黑、碳化痕跡，外殼出現裂紋，三相電壓互感器都有不同程度損壞，已無法再次投入運行，測量三相高壓熔斷器均完好。整個燒毀事故的處理結果，等待事故原因的進一步調查與分析。

1 電壓互感器燒毀事故分析及處理

從2001年該泵站建設投入至今已經發生多次電壓互感器燒毀情況，上次發生是2019年4月，并且都是在不同的設備發生接地故障時引發電壓互感器燒毀事故。此泵站電壓互感器柜最近的兩次線路改動分別是：在2018年進行了設備的升級改造，在2019年進行了損壞設備的更換。該柜內電壓互感器型號為JDZJ-10型，額定絕緣水平為12/42/75kV，工作頻率為50Hz， 額定電壓比為10000/極限輸出容量為400VA。高壓限流熔斷器型號為XRNP-12kV/0.5A-50kA。

一般來講，電壓互感器燒毀的原因可以分為產品質量低下、諧振過電壓、二次回路過負荷或短路、消諧裝置不能起到有效作用等[1]。鑒于上述事故的初步勘察結果，結合該泵站歷史事故的分析結果，進行此次電壓互感器燒毀事故的具體分析，此次分析主要是將燒毀設備與完好設備進行對比，觀察兩者之間的區別，從而確定具體的事故原因。

1.1 質量問題或設備缺陷

電壓互感器存在質量不過關或自身缺陷，在投入使用時可能造成隱患，在正常運行或較極端條件下都可能造成絕緣擊穿，引發事故。因電壓互感器已經燒毀，無法從外觀上直觀檢查設備質量，也無法進行試驗。隨后對水廠內其他同型號完好電壓互感進行了抽檢，從設備外觀材質、產品銘牌標識、絕緣電阻、交流耐壓等幾方面進行了檢查和試驗，均無質量問題。又查閱了水廠此燒毀設備投運時留存的合格證和交接試驗報告，符合GB50150電氣設備交接試驗標準，并且在本年度的春季預防性試驗中也都試驗合格，無自身缺陷問題。因此排除此種事故原因。

1.2 鐵磁諧振過電壓

鐵磁諧振過電壓主要是電磁式電壓互感器的鐵芯飽和引起的諧振所致，多發生在中性點不接地的配電系統中。當系統進行倒閘操作或發生接地故障時，電壓互感器內的鐵芯元件的非線性電感特性與系統中分布的電容可能引起鐵磁諧振，對電壓互感器構成危害。

手車內電壓互感器采用中性點直接接地的星形連接方式，每相線路對地電容與各相電壓互感器一次繞組是并聯關系。當發生單相接地故障時中性點發生變動，故障相電壓降低、非故障相電壓升高，電容電流會流經接地故障點，并在對地電容上充滿與線電壓相當的電荷。當單相接地故障消除后，非故障相電壓降低，導線電荷無法再通過接地點流向大地，非故障相存儲的電荷只能通過電壓互感器對地放電。在這瞬間電壓突變過程中，電壓互感器一次線圈的非故障相的勵磁電流會突然增大，電壓互感器繞組迅速飽和，其電感值會迅速下降，如果此時電網的對地電容與互感器的勵磁電感相匹配，就會造成諧振過電壓，引起電壓互感器高壓熔斷器熔斷，甚至造成電壓互感器燒毀[2]。通過查看圖紙并和實物對比，電壓互感器手車內裝有LXQ(D)II 型一次消諧裝置，為串在電壓互感器一次繞組中性點與地之間的非線性電阻，起阻尼與限流作用，可有效的抑制高壓涌流和鐵磁諧振，經檢查三相高壓熔斷器也都完好。因此此種事故原因可能性較小，暫且排除。

1.3 二次回路開口三角形短路

電壓互感器開口三角形是指中性點不接地系統中電壓互感器三相的三個二次繞組的接法，三相二次繞組按三角形接線連接，但最后有一點不連上，即構成開口三角。電壓互感器二次回路開口三角接線常用于測量電網零序電壓，為圖1中L611與N630間電壓，與繼電保護裝置連接對電網電壓進行監測。正常運行情況三相電壓對稱，此時開口三角電壓接近為零，當系統出現接地故障時三相電壓不對稱，這時就會產生零序電壓，如果口三角發生短路，二次側短路電流不足以使高壓側熔斷器熔斷，就會隨著接地故障時間的變化導致電壓互感器繞組絕緣不同程度破損[3]。此設備正是在發生不同位置接地故障時多次發生燒毀事故，可能存在二次回路接線問題或外部錯誤引線，導致開口三角形短路。

圖1 10kV 電壓互感器柜二次原理圖

明確事故引發方向，為更能證明觀點成立，檢查損壞電壓互感器手車內接線，二次回路接線與圖紙相符無短路，未發現問題，在應急泵站選擇I 段無事故相同配置的電壓互感器柜進行對比測量。在手車退出、航空插頭斷開狀態下，利用萬用表測量L611與N630電阻值，測得阻值為82MΩ。使用相同的設備和方法測量II 段電壓互感器柜L611與N630電阻值，測得阻值為1Ω，對比測量數值存在差異。經過對比兩臺高壓柜L611端子接線，發現燒毀電壓互感器柜多出一根無線號可疑接線，也與設計圖紙不符，摘除L611端子上可疑接線，并再次測量L611與N630電阻值為71MΩ。因此事故原因可以判斷為電壓互感器開口三角形短路。

1.4 確定燒毀事故原因

通過對I 段完好電壓互感器柜和II 段燒毀電壓互感器柜的對比測量，比對設計圖紙，結合現場現象分析，可以看出此次事故符合電壓互感器二次開口三角形短路的特性。在發生系統接地故障時，電壓互感器二次開口三角形上產生零序電壓，但因外部接地線錯誤引至L611端子，導致二次開口三角形短路，造成電壓互感器嚴重過載，最終絕緣擊穿燒毀。

2 電壓互感器燒毀事故預防及處理

在設備投運前要做好驗收交接工作，檢查設備質量、合格證、試驗報告等，柜內一次、二次接線與圖紙比對確認，設備投運后定期維護，定期進行預防性試驗。在進行設備升級改造時要加強責任心，改造線路要標記好線號，更新圖紙并歸檔留存。在不同環節采取相應措施，進行全方位、全過程監督。為提高設備穩定性還可在電壓互感器柜二次回路上加裝數字式微機消諧裝置。在這次事故發生后，及時更換了電壓互感器、過電壓保護器、絕緣套管、靜觸頭盒等，修改柜內二次回路接線，解決開口三角形短路問題，整體與圖紙核對確認無誤后，安全送電投運，之后對新更換設備的資料進行了整理存檔。