某水電站110kV電容式電壓互感器爆炸事故分析

楊思斯

(湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，湖南長沙 410007)

電容式電壓互感器 (CVT)由電容分壓器和中間電壓電磁單元組成，它可兼顧電壓互感器和電力線載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能，同時具有絕緣裕度大、抗諧振特性優(yōu)良，以及制造工藝簡單、體積小、成本低等一系列獨特的優(yōu)點，目前在電力系統(tǒng)中的使用已經(jīng)越來越廣泛，特別是在110kV及以上等級的系統(tǒng)中已占絕對優(yōu)勢。但是隨著CVT的大量采用，在運行中也出現(xiàn)了一些問題。通過研究分析，找出產(chǎn)生問題的原因，是做好CVT運行維護和事故預(yù)防工作的重要環(huán)節(jié)。本文以某水電站110kV電容式電壓互感器爆炸事故為例，分析引發(fā)此類故障的原因。

1 事故概述

某水電站屬壩前壓力隧洞引水式電站，裝有3臺12000kW立軸懸吊式水輪發(fā)電機組，通過110kV線路并入湘南電網(wǎng)。水電站升壓變壓器110kV側(cè)采用的是某電力電容器有限公司生產(chǎn)的型號為 T YD110/0.02H的電容式電壓互感器，其內(nèi)部接線圖如圖1所示。該CVT爆炸前，其主變高壓側(cè)電壓為118kV，所帶負荷為有功2.8萬kW、無功5000kVar。發(fā)生爆炸事故前，監(jiān)控機報警為“主變PT斷線報警”且不能復(fù)歸，隨后升壓站110kVCVTB相發(fā)生爆炸。發(fā)生爆炸事故時，線路繼電保護裝置的光纖差動保護動作，保護使開關(guān)跳閘。爆炸時產(chǎn)生巨大的爆炸聲，110kVCVTB相瓷片散落 (最遠飛到20m以外)，B相互感器內(nèi)部的絕緣紙散落并燃燒。

圖1 CVT內(nèi)部接線圖

2 事故原因分析

分析電容式電壓互感器的原理 (見圖1)，CVT實質(zhì)是一個電容分壓器，在被測裝置和地之間有若干相同的電容 (如C1、C2)。電壓互感器由中間變壓器VT、補償電抗器L、阻尼器Za以及保護間隙P、避雷器F組成，并配有負載阻抗Zf。正常運行期間載波通信接線端子不進行載波通信時，δ端子與0端子相連，并可靠接地，且由于中間變壓器VT中的補償電抗L起到補償電容器的內(nèi)阻抗的作用，內(nèi)阻抗為零，使電容C2上的電壓與二次負載無關(guān)，因此C2上的電壓為

式中 U1——一次側(cè)相對地電壓;

C1——主電容，為 0.02885μF;

C2——分壓電容，為0.0652μF。

假如互感器A點對地短路，流經(jīng)電容C1的電流為

其中，由于電站運行電壓為118kV，故

因此

顯然，電容式電壓互感器內(nèi)A點對地短路時，對一次側(cè)電流產(chǎn)生的影響極小，不可能使保護裝置動作，故可排除電壓互感器內(nèi)A點對地短路引起爆炸事故的可能性。而CVT二次側(cè)對地短路時，負載阻抗為零或很小，二次側(cè)通過的電流會增大，因此為了防止電壓互感器二次側(cè)短路，一般在其端子箱內(nèi)裝有熔斷器，一旦發(fā)生短路，二次側(cè)會立即熔斷，故也可排除二次側(cè)對地短路引起爆炸事故的可能性。

排除以上兩種情況引發(fā)電壓互感器爆炸的可能性后，針對爆炸后的現(xiàn)象進行了直流電阻、介質(zhì)損耗角、絕緣電阻和變比等預(yù)防性試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1、表2。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和保護動作情況分析，在爆炸前，電站發(fā)主變PT斷線報警，而相同情況另一線路保護裝置正常，說明110kV系統(tǒng)三相電壓平衡，因此可推斷爆炸的電容式電壓互感器二次側(cè)電壓不平衡，C2變小，電容泄漏電阻變小，泄漏電流變大，導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，如果發(fā)熱大于散熱，會使電容器內(nèi)部溫度升高，而溫度升高則使電容器C1、C2的絕緣強度變差，使得中間變壓器的原邊電壓過高，導(dǎo)致電壓互感器二次側(cè)電壓過高，當(dāng)二次側(cè)電壓達到一定值時，二次側(cè)絕緣最薄弱的部位被擊穿而短路，從而使電容式電壓互感器內(nèi)部出現(xiàn)燒黑、燒熔現(xiàn)象，以及110kVCVT B相二次側(cè)電纜端頭處L630這根線和該電纜屏蔽層出現(xiàn)燒黑現(xiàn)象，L630最終燒斷。

表1 爆炸前110kVPTCVT實驗數(shù)據(jù)

由于二次側(cè)絕緣薄弱部位被擊穿引起短路，導(dǎo)致電容式電壓互感器內(nèi)部溫度升高，在這個過程中，電容式互感器的電介質(zhì)被擊穿變成導(dǎo)體，使高壓線路直接接地，高壓線路產(chǎn)生很大的對地短路電流，導(dǎo)致連接在高壓線路的保護裝置動作，光纖差動保護動作時間為0s，保護裝置動作正確。與此同時電介質(zhì)擊穿使電容式電壓互感器內(nèi)部產(chǎn)生的巨大熱量使CVT內(nèi)部的絕緣油迅速氣化，這些氣體使油箱內(nèi)部壓力迅速增大，由于絕緣油具有不可壓縮性，因此密封的油箱不能及時釋放這個巨大的內(nèi)部壓力，最終導(dǎo)致了爆炸。高溫也使絕緣紙遇空氣而燃燒。因此，工作人員趕到現(xiàn)場時看到絕緣紙散落一地并燃燒的現(xiàn)象。由此可見，這次110kVCVT爆炸屬電容互感器的電介質(zhì)逐漸變差而引起。

表2 爆炸后110kVPTCVT實驗數(shù)據(jù)

3 預(yù)防措施

綜上所述，這次水電站電容式電壓互感器的爆炸事故是由其二次側(cè)電壓不平衡、內(nèi)部電介質(zhì)逐漸變差造成短路引發(fā)的。為了防止類似事故發(fā)生，運行單位應(yīng)加強對電容式電壓互感器的運行維護和定期試驗，其二次側(cè)電壓即使僅有細微變化也要引起高度重視［2］。出現(xiàn)一次電壓平衡而二次側(cè)電壓不平衡時，需及時分析是否CVT本身質(zhì)量出現(xiàn)問題或者繞組內(nèi)有匝間短路導(dǎo)致電壓不平衡，還是二次回路出現(xiàn)零線未接、多點接地、三相未共零或接觸不好、端口未接緊等問題引起二次側(cè)電壓不平衡。因此，運行時可利用紅外成像儀對電容式電壓互感器電磁單元內(nèi)部的異常發(fā)熱跡象進行監(jiān)測，定期進行常規(guī)檢修，并對CVT做變比測試等預(yù)防性試驗，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。同時有條件的電站可采用介質(zhì)損耗因數(shù)在線檢測系統(tǒng)對電介質(zhì)進行在線監(jiān)測，在線檢測介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ可以有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)部缺陷，達到預(yù)防的作用［3］。電容式電壓互感器出現(xiàn)故障的原因很多，大多都與其結(jié)構(gòu)原理、元件材料以及運行維護有關(guān)，通過分析找準(zhǔn)原因，才能及時正確地處理故障，并在以后的工作中加以預(yù)防。

［1]印華，王勇，宋偉，等.電容式電壓互感器常見故障及原因分析［J］.電工技術(shù)，2007(10):70-71.

［2]陳少華，余耀權(quán).電容式電壓互感器二次電壓異常分析與處理［J］. 變壓器.2004(2).

［3]延紅艷，黃知超，等.電力電容器介質(zhì)損耗因數(shù)在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計［J］.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報.2012(3).