一起35kV母线电压互感器烧坏事件分析

1、一起35kV母线电压互感器烧坏事件分析 摘要：电磁式电压互感器发生铁芯饱和，激发起谐振过电压，严重时将导致电压互感器损坏。破坏谐振过电压激发条件是避免谐振过电压关键的一步，因此破坏谐振过电压条件成为电力科学领域中的重要课题，对电网安全稳定运行意义重大。文章对一起35kV母线电压互感器烧坏事件进行了分析。 关键词：谐振过电压；中性点不接地系统；电磁式电压互感器；弧光接地；铁芯饱和 文献标识码：A 中图分类号：TM451 文章编号：1009-2374（2016）18-0152-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.18.075 中性点不接地系统中，当电压互感器突然合闸

2、时，一相或两相绕组会出现涌流以及发生传递过电压时可能使得电压互感器三相电感程度不同产生严重饱和，形成三相或者单相共振回路，导致激发各次谐波谐振过电压。为了防止谐振过电压，本质上需要破坏激发谐振过电压的条件，目前常常使用母线电压互感器高压绕组中性点串接一个单相电压互感器接线方式，但是在实际中发现由于设计和工艺的问题，存在三相电压互感器中性点绝缘薄弱导致对地放电，起不到防止谐振的作用，因此需要对其进行深入分析探讨。 1 事件概述 某220kV GIS变电站，220kV、110kV均采用双母线接线，35kV采用单母线分段接线，金属封闭式开关柜设备。某日，后台监控人员收到35k段母线接地信号，A、B、

3、C相线电压轮流升高变化，最高达到38.5kV，B相最低到0.3kV，之后监控看不到母线三相电压数值。运维人员按照调度指令对35k段母线PT开关柜进行检查，发现母线PT三相高压熔断器均已熔断，拉出刀闸手车后，发现互感器壳体开裂。检查过程中发现，A、B两相的互感器的二次接线外绝缘烧熔，三相中性点端子连接处对地有放电痕迹。现场试验人员对电压互感器进行诊断性试验，试验数据正常，但其伏安特性曲线变形较差。伏安特性不合格， 常视为中性点不接地系统引发谐振过电压的重要证据。 2 现象分析 谐振过电压对于设备绝缘具有极大的破坏性，谐振过电压持续时间长，对于电压互感器的铁芯材料而言，由于其磁化曲线与电流的关系不

4、是完全的线性关系。当电压升高时，磁通就增加，到一定程度后，电压再提高而磁通却不会再增加，这就是铁芯饱和。铁芯饱和后，互感器二次输出的电压波形将发生变化，使得励磁电流增加，绕组绝缘破坏发生层间短路或匝间短路，发热损坏。其中分频谐振为最常见，现象是使得三相电压轮流升高或同时升高，一般在1.21.4倍相电压间做低频摆动。此次事件中，三相对地电压轮流升高说明系统中可能有弧光接地或谐振。中性点不接地系统中，电磁式电压互感器产生谐振的根本条件是其线路对地的容抗值刚好等于感抗值。为了破坏这一条件，常在电压互感器高压绕组中性点串接一个单相电压互感器或消谐装置。 现场检查发现该事故母线电压互感器采用串接单相电压

5、互感器的方式。 3 4TV法的原理 对于母线电压互感器，一般还有3个绕组，1个高压绕组、1个二次侧绕组、1个开口三角绕组。如图1所示：N1为电压互感器一次高压绕组，N2为二次绕组，N3为辅助绕组（开口三角绕组，用于测量零序电压）单相互感器由于磁阻较之之前的三相电压互感器大，绝缘水平高，可以将与三相电压器一次绕组中性点连接处N，看成对地是绝缘的。因此可以避免谐振，这就是4TV接线的原理（如图1）。 4 存在的疑问 然而在此次事件中并没有起到应有的作用，现场发现用于隔离母线电压互感器和单相电压互感器的金属隔板上有放电痕迹，且有三相母线电压互感器高压侧绕组中性点端子至单相电压互感器的连接铝排对金属板

6、（相当于对地）有放电痕迹。该铝排外包有绝缘护套且穿过上，下隔离的金属板。现场发现，在发现非永久性故障的接地短路时，三相电压互感器中性点的引出点N。将承受很高的电压（不得大于15%的绕组正常相电压），而在高电压下，包裹在铝排外面的绝缘护套被击穿，导致铝排对金属板放电，此时串接在中性点上的单相电压互感器相当于被电弧短接（见图2），三相电压互感器中性点直接接地，单相电压互感器不能起到避免谐振过电压的作用。根据现场掌握的情况，认为是B相线路某处发生了非永久故障的接地短路，引发传递过电压导致中性点电压位移，击穿绝缘使得单相电压互感器短接，发生了谐振，产生的过电压使得A、C绝缘损坏。 5 改进方案 可以看

7、出造成此次事故的实质原因是铝排距离不够对金属板放电，这是设备出厂前设计上存在问题所遗留下来的。针对该事件，笔者经过梳理，提出具体的改进方案为：由于NO点是绝缘最容易破坏的风险点，因此结合现场实际加强绝缘成为改进的目的。最切实可行的方法就是增大空气间隙，使得绝缘很好配合。具体如下：（1）增大三相电压互感器一次侧绕组中性点引出线与金属板的距离，距离增大到34cm；（2）将三相电压互感器中性点至单相电压互感器的连接铝排改为软铜线，增大连接线的载流量，缩小连接线的半径增大与金属板的距离；（3）在三相电压互感器辅助绕组开口三角绕组间并联阻尼电阻，消耗能量；（4）选用励磁特性饱和点较高的电压互感器，满足在

8、1.9倍最高线电压下不发生铁芯饱和；（5）在三相电压互感器一次侧绕组中性点引出和串接消谐电阻。经过改进后，电压互感器出现因励磁电流增加引起铁芯饱和而诱发的铁磁谐振过电压的风险明显降低，极大地提高了电网安全稳定运行的可靠率和持久性。 6 结语 谐振过电压对于整个电网的安全稳定运行，供电质量的可靠性，电气设备、人员的安全无疑危害巨大，本文通过对中性点不接地系统中一起电磁式电压互感器烧损事件的现象分析，提出对其的疑问，通过探讨分析还原事件过程，提出了改进措施，即增大空气间隙，强化中性点绝缘，从而破坏谐振过电压激发的条件，提高电网的稳定性。 参考文献 1 中华人民共和国住房与城乡建设部.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范（GB/T 50064-2014）S.2014. 2 弋东方.电力工程电气设计手册（一次部分）M.北京：中国电力出版社，1987. 3 帅军庆.国家电网公司十八项电网重大反事故措施 M.北京：中国电力出版社，2012. 4 艾新法.变电