1、青海电网高海拔地区电磁式电压互感器 烧毁原因分析与解决措施 李宏博 李培 徐文琪 郭良峰 聂寿林 吴慧敏 刘宝 明 梁将 国网技术学院 国网青海省电力公司玉树供电公司 国网天津市电力公司东丽供电分公司 国网山东省电 力公司临邑县供电公司山东临邑 251500 国网山东省 电力公司宁津县供电公司 摘 要： 介绍了青海电网南部高海拔地区三起电磁式电压互感器烧损事故, 并对事故进 行了原因分析, 分别是由于一相线路接地, 导致其他两相电压升高, 造成电压 互感器烧损;发生铁磁谐振过电压, 导致铁芯严重饱和, 产生过电流造成电压互 感器烧损;由于开口三角短路, 当发生系统单相接地故障时, 开口三角绕组
2、输出 100 V的电压, 形成非常大的电流并发热, 同时导致一次侧电流很大, 最终导致 烧毁电压互感器。 针对这 3个方面的原因, 提出相应的防治措施, 保证电力系统 的正常运行。 关键词： 单相接地; 铁磁谐振; 铁芯饱和; 开口三角; 作者简介：李宏博 (1984) , 男, 高工。研究方向:变电检修与试验, 相关专业 培训管理。 Cause Analysis about Burning of Electromagnetic Voltage Transformer in High Altitude Localities and Measures for Qinghai Power Netw
3、ork LI Hongbo LI Pei XU Wenqi GUO Liangfeng NIE Shoulin WU Huimin LIU Baoming LIANG Jiang State Grid of China Technology College; State Grid Yushu Power Supply Company; State Grid Dongli Branch, Tianjin Power Supply Company; State Grid Linyi Power Supply Company; State Grid Ningjin Power Supply Comp
4、any; Abstract： This paper introduces 3 electromagnetic voltage transformer burning accidents in high altitude localities of the south of Qinghai Power Network, analyzes the causes, one is the grounding of one phase line, which has caused the increasing of other two phase lines and caused the burning
5、 of the potential transformer, 2 nd is the occurrence of ferromagnetic resonance overvoltage, which has caused extreme saturation of the iron core, and the excess current has caused the burning of the potential transformer, third is due to the short circuit of the open triangle, when there is single
6、-phase earth fault to the system, the 100 V voltage will be output through the open triangle winding and then extreme strong current and heating will be formed, which will then cause the strong current on one side, and the PT will be finally burnt.Aiming at above-mentioned three causes, correspondin
7、g countermeasures have been proposed to ensure the normal operation of the power system. Keyword： single-phase grounding; ferromagnetic resonance; iron core saturation; open triangle; 0 引言 在335 k V 中性点不接地的电网中, 为了监视系统三相对地电压, 变电站母线 上安装了大量的电磁式电压互感器。 由于配电装置多采用户内柜式结构, 柜内设 备布置紧凑, 要求采用体积较小的电压互感器。 经多年实际运行,
8、浇注式电压互 感器体积小, 运行可靠, 适合开关柜使用, 同时也满足了开关柜无油化方向发展的要求。本文针对青海电网南部高海拔地区几起 10 k V电磁式电压互感器烧 毁事故, 进行原因分析总结, 并提出相应的防范措施。 1 事故现象 1.1 35 k V 变电站 A 某日2200, 110 k V 某变电站35 k V某线路 V相接地, 同时W相电压异常, 地 调远方拉开某线路#3521 断路器, 要求去现场检查设备。现场经运维人员检查发 现, 35 k V 变电站 A35 k V I母母线柜前闭锁门冲开, 柜体变形, 整体柜侧面 冲开。检查V相TV 外观正常, V相TV靠W 相侧有灼伤痕迹,
9、 W相炸裂、消谐器 断裂。 1.2 110 k V 变电站 B 该变电站海拔4 200 m。某日1516接到调度通知, 110 k V变电站 B10 k V 母线电压V相电压消失, 1920运维人员到达该站对 10 k V及35 k V 高压室 进行检查, 进入后发现有浓浓的烟味, 发现某路保护装置上 1008 过流I保护 动作信息, 故障相别 UVW, 运维人员向调度反应现场情况后申请将 10 k V 母线 TV转为检修进行仔细查看, 2015运维人员打开 10 k V TV柜门查看, 发现V 相TV炸裂。 1.3 35 k V 变电站 C 该变电站海拔3 800 m。某日2219接调度通知
10、该变电站#1主变低后备保护动 作, 主变低压侧保护测控装置报母线 TV断线告警。 第二日 0900接调度通知该 变电站10 k V母线电压异常, 1316运维人员到达现场查看, 发现 10 k V TV 柜门炸开, 1337申请调度将 10 k V母线 TV 转检修, 同时打开柜门进行查看, 发现TV 炸毁, 1440 将10 k V母线TV隔离后恢复供电。 2 事故原因分析 2.1 35 k V 变电站 A单相接地故障引起 经过调查发现, 22:00 V 相发生单相接地故障, U、W相相电压变为线电压, 导致 W相35 k V 电压互感器炸裂。当 V相接地时等效电路图, 如图1所示。 图1
11、V 相接地等效电路图 下载原图 W相的磁通瞬时值U为: 由式 (1) 可得:影响铁心中瞬时磁通大小的主要参数是发生故障时的初始相角 和剩磁中 r及励磁涌流大小的主要因素。 由此可知, 当发生单相接地时, 非 故障相端电压突变为线电压, 铁心进入饱和区域, 在绕组中产生励磁涌流。 当铁 心进入深度饱和, 其涌流可以达到稳态电流的数十倍, 其发热量足以造成电压 互感器损坏1。 2.2 110 k V 变电站 B发生铁磁谐振引起 从保护装置及其故障录波器上采集到的信息对其分析, 1455 10 k V TV UU, UV, UW突变, UV, UW越上限, UU越下限, U相电压消失, 说明U相发生
12、接地短路事故。 1456调度发现U相电压为0立刻拉开某路#116断路器, 1456 3Uo越上限, 开 始TV三相电压开始波动, 电压波形发生畸变, 1458 UV=0, UU, UW波形稳定。 如图2、3所示。 图2 U 相发生接地金属性接地故障电压波形图 下载原图 图3 发生铁磁谐振电压波形图 下载原图 由于该系统电源中性点对地绝缘, 电压互感器一次绕组中性点直接接地, 开口 三角形零序绕组开路。该 35 k V线路为空载线路, 线路对地容抗大于线路感抗, 线路电压会有升高现象, 而当母线空载或者出线较少时, 合闸充电或在运行时 接地故障消除等情况, 电网的对地电容和V相电压互感器的励磁电
13、感匹配, 当U 相发生接地短路故障时, 产生了铁磁谐振激发的条件, 使电压互感器铁芯达到 饱和, 产生了中性点位移。 满足了这些条件, 所以判定是电压互感器内部铁磁线 圈发生铁磁谐振, 励磁感抗减小, 电压互感器深度饱和, 励磁电流将急剧增大, 最后烧毁V相TV。 在中压电网中, 电压互感器直接安装在母线上。因电路为容性, TV 会与互感器 电感组成零序回路, 系统等值图如图4所示。 电力系统运行和试验表明, 当TV的电感和线路对地电容匹配时, 在一定的条件 下 (如空载母线或线路合闸、 线路发生瞬间单相弧光接地、 瞬时短路故障消失等, 这些情况都可能引起 TV铁心饱和) , 便会产生不同频率
14、的铁磁谐振。随着线路 长度的增加, 依次会发生 3倍频谐波谐振、基频谐振、分频谐振2。 图4 三相等效电路 下载原图 2.3 35 k V 变电站 C开口三角形短路引起 经过现场调查, 发现TV柜内二次线C601与N600绝缘线皮烧粘在一起, 解开TV 侧二次线检查, 发现 TV柜内二次线N600与 L650短接在一起, 同时发现在 10 k V电容器柜内N600 与电容器放电线圈串在一起, 经过查图发现当时接线错误, 并开始排查发现电容器柜顶引下来的 N600与 L650烧粘在一起。因为 N600是从 屏顶小母线引下来的, 站内所有的N600都连在一起只有一点在主控室接地, 导 致TV二次接
15、线 N600 和L650短接在一起, 使得开口三角短路。正常情况下, 开 口三角绕组输出电压基本为 0, 因此3Uo为0, 开口三角绕组短路不影响电压互 感器正常运行。当发生系统单相接地故障时, 开口三角绕组输出100 V 的电压, 一旦发生接线短路, 即电压互感器二次侧短路, 会形成非常大的电流并发热, 同时会导致一次侧电流很大, 最终导致烧毁 TV。 3 防止电压互感器烧毁的措施 3.1 单相接地故障导致互感器烧损的防治措施 针对此种情况, 采取的措施: 1) 提高配电网的绝缘水平, 减少单相接地。 2) 加装合适的消弧线圈, 抑制间歇性电弧接地的发生。 3) 提高电压互感器的励磁特性,
16、使电压互感器不易进入饱和区。 4) 采用新型耐热材料, 增加电压互感器的耐热性能。 3.2 铁磁谐振导致互感器烧损的防治措施 针对此种情况, 采取的措施: 1) 在剩余电压绕组开口三角形端子加装微机消谐装置。 这种装置可以识别各种形式的铁磁谐振过电压, 包括分频、基频、三倍频。当判 定为某种谐振后, 进入特定的消谐程序, 将开口三角绕组短路, 向电网输出阻 尼电流, 使谐振过电压迅速被消除。同时注意电压互感器为全绝缘设计。 2) 在剩余电压绕组开口三角形端子并接一个电阻 (白炽灯) 。 在TV开口三角形绕组开口端加装线性阻尼电阻或白炽灯, 此种方法简单, 并且 特别容易实现。在 TV的励磁特性
17、较好时, 可起到零序阻尼作用, 但因对非金属 性接地所激发起来的谐振无法抑制, TV高压熔断器容易熔断。 3) 将互感器高压侧中性点经高阻抗零序互感器接地。 在TV的一次中性点处接零序 TV, 称4TV接线。图 5中零序测量回路是三相电压 互感器的开口三角与零序电压互感器的一个测量线圈按正极性串联, 它包含了 三相电压互感器的少部分零序电压, 其测量精确, 同时由于零序回路不是短接 的, 其零序电流不会过大而避免了零序回路绕组烧坏。 这种方法对消除谐振和抑 制超低频振荡比较有效。 图5 4TV 开口三角与零序电压互感器串联原理图 下载原图 4) TV一次侧的中性点与地之间串接 LXQ型消谐器。
18、 LXQ型消谐器最大的特点是能有效限制TV的一次涌流, 防止TV高压熔断器熔断, 消除各种谐波的谐振现象。 对非金属性接地所激发的谐振过电压也能起到抑制作 用。 就比较而言, 一次消谐的原理是抑制涌流, 使谐振在开始阶段不易扩大, 消 灭于萌芽状态。 而二次消谐是在谐振发生后消除, 同时还存在一个响应时间的问 题, 所以一次消谐效果好于二次消谐效果3。 5) 在母线加装一定的对地电容, 使之超过一定的数值, 使回路超过谐振区域。 6) 选用励磁特性较好的电压互感器或者改用电容式电压互感器。尤其是在高海 拔地区, 由于设备绝缘水平下降, 在设备生产制造过程中, 一定要严格按照标 准要求。 按照一
19、定的海拔修正系数, 增强设备绝缘水平, 满足互感器在高海拔地 区的正常运行。 7) 将电源变压器中性点经消弧线圈接地。 3.3 开口三角短路导致互感器的防治措施 该起10 k V 电压互感器故障的直接原因是电压互感器开口三角绕组二次接线短 路。 如果施工单位误将电压互感器二次开口三角绕组的二次接线短路时, 常规的 检查和验收都很难发现;设备投运后正常运行时, 外部检查也不会发现任何异 常。或者二次接线短接导致开口三角短路, 出现这种情况, 当系统运行正常时, 不会出现什么问题。 只有在发生单相接地故障时, 才会对电压互感器设备造成严 重伤害。 因此, 建议在变电站竣工验收及运行巡视过程中, 加
20、强对电压互感器二 次开口三角回路的接线检查工作, 避免开口三角短路情况的发生4。 4 结束语 对于青海电网高海拔地区 1035 k V电磁式电压互感器频繁烧毁的现象, 应该结 合高海拔特点, 综合考虑线路接地故障、 铁磁谐振影响以及开口三角短路等原因, 采取相应的防治措施, 避免类似事故的发生, 保证系统的正常运行。 参考文献 1车卫红, 陈润颖.10 k V电网单相接地故障引起电压互感器损坏的原因分析 J.广东电力, 2016, 29 (1) :113-117. 2林泉.10 k V 电磁式电压互感器爆炸的原因和解决方案J.电力设备, 2005, 6 (12) :71-73. 3张莉.10 k V电压互感器防谐振措施J.江苏电气, 2007, 5 (4) :40-42. 4陈志勇.单相接地引起的10 k V电压互感器故障分析J.电力安全技术, 2016, 18 (6) :23-24.
