水厂10kV电压互感器烧毁事故分析

哈尔滨供水集团机电抢修维护分公司 李兆龙

哈尔滨市朱顺屯取水厂主要承担着哈尔滨市松花江水源的取水任务及备用水源的加压任务，设计取水能力为115万吨/日，主厂区内设有66kV 变电所，经主变压器转换为10kV 电压，配送至主厂区内一泵站、二泵站、三泵站、应急泵站，10kV 采用中性点不接地运行方式。

2020年4月30日下午变电所后台监控鸣笛报警，后台主机显示10kV 系统接地，电压数据显示A 和C 两相电压异常升高，B 相电压异常降低。此时相关工作人员立即汇报，经过上级批准，派遣四名工作人员分为两组穿戴安全用具进入各泵站内检查，当断开变电所内给另一水厂供电的10kV 高压柜断路器时报警消除，仪表数据恢复正常。后经线路巡线人员检查，发现室外杆塔上B 相电缆头绝缘破损，这是引起系统接地故障的原因。在水厂人员检查设备查找接地点时，应急泵站内II 段电压互感器柜出现冒烟现象，在高压室内有刺鼻气味，在发生故障时此泵站内投入进线柜及电压互感器柜，未投入其他开关柜。切断进线电源，抽出电压互感器手车，发现电压互感器有多处熏黑、碳化痕迹，外壳出现裂纹，三相电压互感器都有不同程度损坏，已无法再次投入运行，测量三相高压熔断器均完好。整个烧毁事故的处理结果，等待事故原因的进一步调查与分析。

1 电压互感器烧毁事故分析及处理

从2001年该泵站建设投入至今已经发生多次电压互感器烧毁情况，上次发生是2019年4月，并且都是在不同的设备发生接地故障时引发电压互感器烧毁事故。此泵站电压互感器柜最近的两次线路改动分别是：在2018年进行了设备的升级改造，在2019年进行了损坏设备的更换。该柜内电压互感器型号为JDZJ-10型，额定绝缘水平为12/42/75kV，工作频率为50Hz， 额定电压比为10000/极限输出容量为400VA。高压限流熔断器型号为XRNP-12kV/0.5A-50kA。

一般来讲，电压互感器烧毁的原因可以分为产品质量低下、谐振过电压、二次回路过负荷或短路、消谐装置不能起到有效作用等[1]。鉴于上述事故的初步勘察结果，结合该泵站历史事故的分析结果，进行此次电压互感器烧毁事故的具体分析，此次分析主要是将烧毁设备与完好设备进行对比，观察两者之间的区别，从而确定具体的事故原因。

1.1 质量问题或设备缺陷

电压互感器存在质量不过关或自身缺陷，在投入使用时可能造成隐患，在正常运行或较极端条件下都可能造成绝缘击穿，引发事故。因电压互感器已经烧毁，无法从外观上直观检查设备质量，也无法进行试验。随后对水厂内其他同型号完好电压互感进行了抽检，从设备外观材质、产品铭牌标识、绝缘电阻、交流耐压等几方面进行了检查和试验，均无质量问题。又查阅了水厂此烧毁设备投运时留存的合格证和交接试验报告，符合GB50150电气设备交接试验标准，并且在本年度的春季预防性试验中也都试验合格，无自身缺陷问题。因此排除此种事故原因。

1.2 铁磁谐振过电压

铁磁谐振过电压主要是电磁式电压互感器的铁芯饱和引起的谐振所致，多发生在中性点不接地的配电系统中。当系统进行倒闸操作或发生接地故障时，电压互感器内的铁芯元件的非线性电感特性与系统中分布的电容可能引起铁磁谐振，对电压互感器构成危害。

手车内电压互感器采用中性点直接接地的星形连接方式，每相线路对地电容与各相电压互感器一次绕组是并联关系。当发生单相接地故障时中性点发生变动，故障相电压降低、非故障相电压升高，电容电流会流经接地故障点，并在对地电容上充满与线电压相当的电荷。当单相接地故障消除后，非故障相电压降低，导线电荷无法再通过接地点流向大地，非故障相存储的电荷只能通过电压互感器对地放电。在这瞬间电压突变过程中，电压互感器一次线圈的非故障相的励磁电流会突然增大，电压互感器绕组迅速饱和，其电感值会迅速下降，如果此时电网的对地电容与互感器的励磁电感相匹配，就会造成谐振过电压，引起电压互感器高压熔断器熔断，甚至造成电压互感器烧毁[2]。通过查看图纸并和实物对比，电压互感器手车内装有LXQ(D)II 型一次消谐装置，为串在电压互感器一次绕组中性点与地之间的非线性电阻，起阻尼与限流作用，可有效的抑制高压涌流和铁磁谐振，经检查三相高压熔断器也都完好。因此此种事故原因可能性较小，暂且排除。

1.3 二次回路开口三角形短路

电压互感器开口三角形是指中性点不接地系统中电压互感器三相的三个二次绕组的接法，三相二次绕组按三角形接线连接，但最后有一点不连上，即构成开口三角。电压互感器二次回路开口三角接线常用于测量电网零序电压，为图1中L611与N630间电压，与继电保护装置连接对电网电压进行监测。正常运行情况三相电压对称，此时开口三角电压接近为零，当系统出现接地故障时三相电压不对称，这时就会产生零序电压，如果口三角发生短路，二次侧短路电流不足以使高压侧熔断器熔断，就会随着接地故障时间的变化导致电压互感器绕组绝缘不同程度破损[3]。此设备正是在发生不同位置接地故障时多次发生烧毁事故，可能存在二次回路接线问题或外部错误引线，导致开口三角形短路。

图1 10kV 电压互感器柜二次原理图

明确事故引发方向，为更能证明观点成立，检查损坏电压互感器手车内接线，二次回路接线与图纸相符无短路，未发现问题，在应急泵站选择I 段无事故相同配置的电压互感器柜进行对比测量。在手车退出、航空插头断开状态下，利用万用表测量L611与N630电阻值，测得阻值为82MΩ。使用相同的设备和方法测量II 段电压互感器柜L611与N630电阻值，测得阻值为1Ω，对比测量数值存在差异。经过对比两台高压柜L611端子接线，发现烧毁电压互感器柜多出一根无线号可疑接线，也与设计图纸不符，摘除L611端子上可疑接线，并再次测量L611与N630电阻值为71MΩ。因此事故原因可以判断为电压互感器开口三角形短路。

1.4 确定烧毁事故原因

通过对I 段完好电压互感器柜和II 段烧毁电压互感器柜的对比测量，比对设计图纸，结合现场现象分析，可以看出此次事故符合电压互感器二次开口三角形短路的特性。在发生系统接地故障时，电压互感器二次开口三角形上产生零序电压，但因外部接地线错误引至L611端子，导致二次开口三角形短路，造成电压互感器严重过载，最终绝缘击穿烧毁。

2 电压互感器烧毁事故预防及处理

在设备投运前要做好验收交接工作，检查设备质量、合格证、试验报告等，柜内一次、二次接线与图纸比对确认，设备投运后定期维护，定期进行预防性试验。在进行设备升级改造时要加强责任心，改造线路要标记好线号，更新图纸并归档留存。在不同环节采取相应措施，进行全方位、全过程监督。为提高设备稳定性还可在电压互感器柜二次回路上加装数字式微机消谐装置。在这次事故发生后，及时更换了电压互感器、过电压保护器、绝缘套管、静触头盒等，修改柜内二次回路接线，解决开口三角形短路问题，整体与图纸核对确认无误后，安全送电投运，之后对新更换设备的资料进行了整理存档。