刍议电压互感器在电厂中的技术改造

范荣春

（迪庆州发电有限责任公司，云南 迪庆 674400）

刍议电压互感器在电厂中的技术改造

范荣春

（迪庆州发电有限责任公司，云南 迪庆 674400）

做好配电设备的运行维护工作将有效的提高设备健康水平，是保证配网安全可靠的重要环节。配电运行人员要熟悉各种设备，钻研业务知识，不断总结提高，全面的掌握各种配电设备运行维护要点，将设备隐患降低到最低限度，不断提高供电可靠性，为供电优质服务打下坚实的基础。

电厂技术改造故障

前言

随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，电网系统也得到了飞速的发展，同时对电网的安全稳定性和供电的可靠性提出了更高的要求。

1 事件发生前的运行方式

某电厂装有2台12.5MW轮发电机组，采用发电机—变压器单元接线，其中l号主变为三圈变，中压侧接有一条35kV线路。110kV出线侧为内桥带外跨条的接线方式，另两线路侧各装设1台电磁式电压互感器(具体接线详见图1)。

图1 电厂主接线示意

因电网原因110kV线路退出运行，在出线处将导线解开。线路断开后，地调下令110kV系统运行方式改为外跨条运行、内桥备用，即110kV内桥140开关热备用，外跨条1403和1404刀闸合闸，线路141开关及线路、线路142开关运行，2条线路开关重合闸方式均投“检同期”。

2 事件经过

电厂1，2号机组正常运行，1，2号厂变正常运行，1，2号主变正常运行(1号主变中性点接地，2号主变中性点不接地)，35kV线路301开关正常运行，110kV系统以外跨条运行内桥备用方式正常运行。

1， 2号 机组及l，2号主变受到重大冲击，l10kV线路141开关跳闸，l，2号机负荷甩至0；110kV线路“距离II段”保护动作，故障距离l7.1km，故障相别C相，l41开关重合闸无动作。l号机组因141开关跳闸后带小网运行不稳定，值长下令停1号机组，断开线路30l开关、1号主变低压侧605开关、1号厂变高压侧603开关。此时电厂运行方式为：2号机组、2号主变(中性点不接地)、142开关、110kV外跨条以及110kV线路运行，同时因线路对侧开关跳闸后未重合闸，形成孤立小电网。

2号 机组及2号主变再次受到冲击，线路142开关跳闸。l10kV线路“零序过流II段保护动作，故障距离0.1km，故障相别B相，142开关重合闸无动作。

现场检查发现，线路B，C相PT及线路B相PT的金属膨胀器向上不同程度顶开；2号主变中性点保护间隙有明显的放电痕迹；线路B，C相避雷器各动作1次，线路A，B相避雷器各动作1次，2号主变中性点避雷器动作1次，2号主变高压侧避雷器B，C相各动作1次，而其A相动作达l1次。

3 事件原因分析

3.1 第1次冲击分析

根据当时的天气状况、线路两侧的保护动作情况和故障录波判断，l10kV线路C相遭受雷击，线路对侧线路保护的零序、距离I段保护动作，开关跳闸，且由于装置故障未重合；线路保护距离II段动作，延时500ms出口跳141开关，故障相C相电流6.64A，故障零序电流9.29A。因141开关重合方式投“检同期”，开关未重合。

从线路保护装置的动作记录看，在线路遭雷击时，该线路保护装置有长期启动记录，但因故障电流未达到整定值而未出口跳闸。这是由于2台并列运行的变压器中性点接地方式不同，导致系统序网中零序电流不同，从而造成雷击故障时外跨条运行方式的142开关线路保护无法及时切除故障。

3.2 第2次冲击分析

线路141开关跳闸后，系统运行方式变为：2号机组通过2号主变、142开关、110kV外跨条、110kV线路空载运行。由于2号主变中性点不接地，110kV系统变成中性点不接地运行系统，其示意图见图2。

图2 141开关跳闸后的系统运行方式示意

图2所示为典型的具备构成铁磁谐振条件的运行方式，即单台发电机带变压器(中性点不接地)、电磁式电压互感器和空载线路的运行方式。根据故障录波数据分析，PT二次电压变化情况如下：A相电压在48.54V～88.09V范围内波动，B相电压在52.94V～107.9V范围内波动，C相电压在61.59V～87.36V范围内波动；电压波形为基波与1／2次谐波的合成波形，有明显低频率(约为20Hz)的谐振现象，谐振过电压时问长达16min55s。此时B相一次电压最高，因此造成B相绝缘首先击穿，并通过变压器中性点保护间隙放电。现场检查也表明2号主变中性点保护间隙有明显的放电痕迹。从线路l42开关动作波形图可知：故障相B相零序电流为3.98A，达到零序过流II段保护的动作条件，线路零序过流II段保护延时1000ms出口跳142开关。

因此，造成第2次冲击的原因是：线路141开关跳闸后，由于线路容抗和110kV侧电磁式电压互感器对地励磁电抗满足分次谐波谐振条件，引起PT电流增大，从而造成PT过热损坏。现场检查发现，线路141线路B，C相PT及适南线142线路B相PT的金属膨胀器向上不同程度顶开。最终，由于线路B相PT绝缘击穿，与放电的2号主变中性点保护间隙构成零序故障电流回路，由线路零序过流II段保护动作切除故障。

4 暴露问题

4.1 地调下达的命令不合理

线路断开后，电厂110kV系统应改为内桥方式运行，即合上内桥140开关及两侧刀闸，2号机组负荷通过140开关和l41开关线路送出。此时，继电保护仍按原设计的内桥方式运行，不需要变动。若改为外跨条运行方式，在单线路接线的情况下，线路保护仍按原设计的线路141开关和线路142开关保护运行，则当线路发生短路故障时，由于相互助增电流的影响，141及142开关感受到的短路阻抗不再是线路的短路阻抗，结果将引起保护拒动。因此，线路断开后，不宜采用外跨条运行方式。

4.2 运行方式改变后电厂未对保护方式进行调整

110k V系统改为外跨条方式运行后，电厂分析认为存在线路短路时保护可能拒动的隐患，电厂也未对保护方式进行调整。实际上，电厂应针对这种运行方式，将用于线路保护的电流改取线路141开关CT和线路142开关CT的和电流，保证在线路保护动作时同时作用l41，142开关跳闸。

图3 优化后的110KV系统主接线示意

4.3 电厂运行人员事故处理不当

在第1次141开关跳闸至第2次142开关跳闸的17min内，电厂运行人员未能及时根据事故后运行方式的变化，合上2号主变中性点接地刀闸，以保持l10kV系统按大电流接地方式运行；或者在判断遭雷击故障、对侧未重合成功时，应手动断开线路142开关。如果运行人员采取以上措施之一，就可避免此次PT损坏事件。

4.4 电厂应急管理不到位

电厂虽然分析到线路断开、110kV系统外跨条运行后存在线路短路时保护可能拒动的隐患，但是没有制订相应的应急处置措施，也未对运行人员进行相关培训，造成运行人员在事件发生时采取的处置措施不当。

5 防范措施

5.1 保证任何情况下继电保护的配置与一次系统运行方式匹配

线路断开后，电厂110kV系统可以选择内桥或外跨条运行方式。若采用内桥运行方式，继电保护设置可不做改动，但运行方式不够灵活。在1号主变故障时，保护将动作141和l40开关同时跳闸，造成全厂无法发电。若采用外跨条运行方式，线路保护的电流应改取线路l41开关CT和线路142开关CT的和电流，并在线路保护动作时同时作用141、142开关跳闸。因此，在继电保护的配置未作变更的情况下，可选择内桥运行作为临时运行方式，以保证保护正确动作。

5.2 优化110kV系统电气主接线

线路断开后，l10kV系统送出线路只有单回路，因此可以对原110kV系统电气主接线进行简化，以提高运行可靠性，同时减少设备维护工作量。简化方案可采用相当于110kV单母线运行的接线方式，即取消外跨条1403、1404刀闸，将原线路141回路和线路142回路的出线直接连接；取消内桥140开关及两侧刀闸；取消2台主变高压侧刀闸；取消原线路PT。优化后的主接线如图3所示。继电保护方面，同时停用内桥l40回路保护和线路保护，线路保护的电流取l41开关CT和142开关CT的和电流，并在线路保护动作时同时作用141、142开关跳闸。

5.3 更换电磁式电压互感器

电容式电压互感器能可靠地阻尼铁磁谐振，且具备优良的瞬变响应特性。因此，为了防止铁磁谐振过电压产生，应将110kV系统内的电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器。

5.4 加强运行人员的业务培训

应加强对运行人员的培训，要求他们掌握全厂继电保护基本原理及动作过程，能根据事故现象准确判断故障性质，并掌握各种事故的正确处理方法。同时，加强应急管理，完善应急预案并加强演练，提高运行人员的应急处置能力。

[1]肖耀荣.电压互感器的空载漏磁和空载误差.变压器，2002-08-08

[2]吴茂林，崔翔.电压互感器宽频特性的建模(英文).中国电机工程学报，2003-10-30.

[3]黄文韬.一例电磁式电压互感器“虚幻接地”现象的原因分析.继电器，2004-12-15.

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