电磁式电压互感器爆炸原因分析

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1 接地系统概述

本文研究对象为在东北电网500kV变电站中66kV中性点不接地系统中，对母线电磁式电压互感器的故障分析及处理。整个电网系统均为中性点不接地系统，因此故障扰动对于电网参数的影响较大，出现谐振过电压问题，有多种表现形式，如高频、分频或基波谐振等。该案例中分频谐振为三相电路1/2分频谐振，系统接地故障为冰点电抗器短路故障引起，并引发系统分频谐振，在长时间的高压过载的情况下，电磁式电压互感器发生爆炸，严重影响系统的安全稳定运行。

2 爆炸原因分析

2.1 事故过程

在500kV变电站66kV中性点不接地系统运行过程中，66kV系统电抗器发生过流保护动作，引发电抗器间隔断路器跳闸动作，工作人员立即对于系统设备运行状况展开调查，发现66kV系统中母电压显示异常，并及时汇报，同时对于66kV系统运行线进行了红外测温测试，未观测到明显的发热现象，然后对于系统的测控屏以及电磁式电压互感器二次侧开关装置进行故障检测，仍未发现明显的故障现象。一个小时之后，现场工作人员观测到66kV系统中C相及B相电磁式电压互感器相继出现明显的喷油现象，现场工作人员做了及时的记录并汇报，同时，为保障安全，立即撤离变电站故障现场，几分钟之后观测到66kV系统中C相及B相电磁式电压互感器相继爆炸，爆炸引发设备着火，并引发主变差动保护装置动作，开关跳闸，前后大约历时170分钟。

2.2 事故原因分析

在爆炸事故发生后，相关工作人员对于现场情况展开了检查，据调查发现，66kV系统中电抗器包封间有较为明显的放电烧黑现象，并出现电抗器绝缘部损伤，电磁式电压互感器爆炸后只留下底座，存在明显的电弧灼烧痕迹，电磁式电压互感器附近的断路器及瓷套伞裙及绝缘子等均出现烧蚀破损，并对于现场部分受损设备进行了拍照并详细记录。

（1）系统接线情况分析

电网系统中，发生爆炸故障的66kV系统线路结构，包括500kV侧、220kV侧以及66kV侧，其中66kV侧电磁式电压互感器装设于1号主变主三次套管与1号主三次开关之间的母线上，通过对于爆炸过程的分析，相间电压互感器的爆炸引发短路接地故障，符合变压器差动保护机制，因此继电保护动作正常。

（2）故障录波情况分析

系统对于故障发生过程的波形状态进行了完整记录，调取一部分波形曲线图见下图2所示，该过程中发生1/2分频谐振。通过对于系统及录波的分析，系统C相瞬时接地故障持续时间较短，约为70ms，C相瞬时接地故障结束后产生系统谐振。如录波情况图所示为1/2分频谐振（零序电压振荡周期约为25Hz），持续时长约1分钟。此过程中，通过对系统三相对地电压最大有效值进行观测发现C相对地电压最大，B相次之，A相最小，存在严重的波形畸变，零序电压最大有效值约47.43kV。

分频谐振现象消失后三相对地电压波形恢复正常，通过对系统三相对地电压最大有效值进行观测发现B相对地电压最大，且中性点处出现时长约5s的3.5kV工频电压，之后，中性点零序电压幅值逐渐升高。从三相及零序电压变化录波中发现随着时间的增加，零序电压幅值逐渐升高，B相出现最大幅值，其有效值约65.38kV，在此过程中C相电压互感器的绝缘性能下降，之后B相电压互感器的绝缘状况也开始劣化，最后各项对地电压几乎降至 0值，暗示着互感器的主绝缘被彻底击穿，引发两相接地短路故障，并引发主变差动保护动作，主变开关跳闸。

（3）谐振问题讨论

中性点不接地系统中，电磁式电压互感器的铁磁谐振现象一般具备以下三方面的条件：首先，网络对地容抗与电压互感器的励磁感抗的比值位于谐振曲线区内；其次，电源电压处于特定区间；最后，具备激发条件。

从以上三方面条件来看，系统谐振时对地电容包括主变主三次侧对地电容、母线对地电容、主三次电流互感器对地电容等三部分，依据电压互感器出厂的励磁特性曲线进行分频谐振的分析，且在这个过程中伴随油的迅速分解，互感器内部压力不断升高，最终引发爆炸事故。

3 整改措施与总结

（1）选用电子式、电磁式或励磁特性较好的电压互感器

对于谐振系统相关参数进行调整，以消除系统谐振。近年来电子式电压互感器广泛应用于智能化变电站，无铁心线圈，因此可避免发生谐振，但仍需大量的实践检测。需合理选用安全性及可靠性较好的电压互感器；电容式电压互感器是属于电容性质的负载，可应用于易发生铁磁谐振的场合，但其结构相对复杂，故障率高，并存在二次谐振的风险；励磁特性好的电磁式电压互感器的铁心不易饱和，可以避免出现谐振，其励磁特性曲线近似于线性，因此可考虑采用呈容性的电磁式电压互感器。

（2）抑制或消除谐振，以促使电网恢复正常运行

包括以下三方面的措施：在开口三角两端接入阻尼电阻、在高压中性点与地之间接入阻尼电阻、在开口三角两端接入专用消谐装置等。

分频谐振导致设备损坏，因此需系统化分析分频谐振的诱因，高幅值的、长时间的分频谐振造成互感器内部绝缘严重劣化，最终导致热量大量积聚，出现电压互感器爆炸故障，因此需从中吸取教训，基于问题点不断优化系统结构及参数，并加强对运行人员的培训，以提升辨别和处理系统异常的能力。

4 结论

在电力系统应用中，电压互感器是重要的连接设备，电压互感器的性能直接关系到电力系统中一二级电气回路的连接性能。电压互感器有多重类型，目前应用较广的为电磁式电压互感器，在电力系统中可实现电气隔离并实现低电压的转换，以满足继电保护装置等的电压需求。

[1]陈瑞国等.66kV系统TV铁磁谐振现象分析[J].东北电力技术，2007，11:17-21.