王國琨 孫曉黎
摘要:隨著科技在不斷的發(fā)展,社會在不斷的進步,針對一起運行中的35kV電壓互感器爆炸故障,結(jié)合現(xiàn)場檢查情況及鐵磁諧振仿真技術(shù)分析了35kV電壓互感器爆炸的原因,并提出了防治措施。
關(guān)鍵詞:電壓互感器;爆炸;鐵磁諧振;消諧器
在35kV中性點不接地系統(tǒng)中,為了監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài),安裝了大量的電磁式電壓互感器。由于電壓互感器在受到某些擾動時,會產(chǎn)生鐵磁諧振,引起虛假接地現(xiàn)象,鐵心飽和會出現(xiàn)過電壓和大電流,長時間的大電流會使高壓側(cè)熔絲熔斷,重則會引起電壓互感器爆炸和停電事故,嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。
1故障概況
2017年4月,110kV某變在進行35kV 1線斷路器由運行轉(zhuǎn)熱備用操作時,切除35kV 1線空載線路時產(chǎn)生的操作過電壓導致35kV I母電壓互感器A、B相爆炸。故障前運行方式為110kV某變110kV#1主變、#2主變高壓側(cè)并列運行,中低壓側(cè)分列運行;110kV#1主變中壓側(cè)接于35kV I母,35kV I母運行于35kV 1線、35kV 2線、35kV 3線。
2故障檢查情況
(1)A相一次、二次繞組明顯燒損,有短路現(xiàn)象,一次繞組首端引出套管因爆炸散落在開關(guān)柜旁,電壓互感器頂部環(huán)氧樹脂外殼因熱膨脹而大部分損壞?,F(xiàn)場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻為零,即一次繞組對二次繞組及地之間發(fā)生短路。電壓互感器A相檢查情況如圖1所示。(2)B相一次繞組明顯燒損,電壓互感器垂直方向一次繞組所在截面破裂,環(huán)氧樹脂外殼右側(cè)面部分損壞。現(xiàn)場測試一次繞組對地絕緣電阻為零,二次繞組絕緣電阻合格,一次繞組對地之間發(fā)生短路。
(3)電壓互感器C相外觀無明顯異?!,F(xiàn)場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻合格,勵磁特性合格,僅有環(huán)氧樹脂燒蝕的黑色粉塵散落在側(cè)面。
(4)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),35kV I母電壓互感器A、B、C三相均未安裝消諧器。
3事故過程分析:
通過對OPEN3000系統(tǒng)數(shù)據(jù)和保護裝置檢查、保護動作的時間先后整理,保護動作分析如下:因該變電站承擔鋼廠負荷,鋼廠合閘期間,系統(tǒng)受到擾動,達到電壓互感器鐵磁諧振(分頻諧振)條件,產(chǎn)生電磁振蕩,形成諧振過電壓,造成遙信顯示虛假接地現(xiàn)象,接地告警頻發(fā)。電壓互感器在正常工作電壓下,鐵芯磁通密度不高,鐵芯不會飽和,但在過電壓情況下,鐵芯磁通密度升高,鐵芯飽和,電感會迅速下降,產(chǎn)生很大的一次諧振電流,保險過熱熔斷,熔斷時發(fā)生爆炸引起弧光短路,由1號主變后備保護正確動作,切除了故障,全所失電,電弧爆炸造成了柜內(nèi)設(shè)備燒損。
4原因分析
(1)由仿真的電壓波形可知,35kV母線電壓互感器A、B相損壞是由鐵磁諧振引起的,35kV I母發(fā)生1/2分頻諧振;電壓互感器A相繞組絕緣故障持續(xù)惡化,電壓互感器B、C相飽和產(chǎn)生工頻諧振,引起A、B相斷路,最后發(fā)展為三相短路。(2)分頻諧振引起電壓互感器A相繞組絕緣故障后,熔斷器長時間沒有將故障電壓互感器隔離,同時35kV電壓互感器熔斷器熔體熔斷電流為4A(有效值),而1/2分頻諧振時峰值電流最大為4A,因此熔斷器不可能快速熔斷,長時間過流使得熔斷器熔體出現(xiàn)熔斷的斷口,電弧持續(xù)復燃,產(chǎn)生的操作過電壓使故障進一步擴大,造成電壓互感器B、A相相繼爆炸,帶電粉塵導致相間空氣間隙擊穿。(3)在將35kV 1線斷路器由運行轉(zhuǎn)熱備用操作時,切除空載線路(35kV 1線)產(chǎn)生操作過電壓激發(fā),而電壓互感器未安裝消諧器,導致35kV I母設(shè)備、電纜對地電容電流與35kV母線電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振。
5防治措施
(1)對尚未安裝消諧器的母線電壓互感器進行清理,并結(jié)合停電計劃安裝一次消諧器。發(fā)生下列情況時應采用微機二次消諧器:采用一次消諧器導致電壓不平衡或零序電壓超出保護整定值;采用一次消諧器導致電磁式電壓互感器一次中性點絕緣損壞;防護斷線諧振或電磁式電壓互感器僅兩相運行情況下的鐵磁諧振。(2)選用電子式、電磁式或勵磁特性較好的電壓互感器對于諧振系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整,以消除系統(tǒng)諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應用于智能化變電站,無鐵心線圈,因此可避免發(fā)生諧振,但仍需大量的實踐檢測。需合理選用安全性及可靠性較好的電壓互感器;電容式電壓互感器是屬于電容性質(zhì)的負載,可應用于易發(fā)生鐵磁諧振的場合,但其結(jié)構(gòu)相對復雜,故障率高,并存在二次諧振的風險;勵磁特性好的電磁式電壓互感器的鐵心不易飽和,可以避免出現(xiàn)諧振,其勵磁特性曲線近似于線性,因此可考慮采用呈容性的電磁式電壓互感器。(3)抑制或消除諧振,以促使電網(wǎng)恢復正常運行包括以下三方面的措施:在開口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點與地之間接入阻尼電阻、在開口三角兩端接入專用消諧裝置等。分頻諧振導致設(shè)備損壞,因此需系統(tǒng)化分析分頻諧振的誘因,高幅值的、長時間的分頻諧振造成互感器內(nèi)部絕緣嚴重劣化,最終導致熱量大量積聚,出現(xiàn)電壓互感器爆炸故障,因此需從中吸取教訓,基于問題點不斷優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù),并加強對運行人員的培訓,以提升辨別和處理系統(tǒng)異常的能力。(4)全絕緣電磁式電壓互感器選用不帶限壓間隙型消諧器,而分級絕緣電磁式電壓互感器選用帶限壓間隙型消諧器。(5)對安裝一次消諧器后仍發(fā)生熔斷器頻熔或電壓互感器頻繁損壞的變電站,應結(jié)合停電計劃安裝電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置。(6)為防止35kV電壓互感器絕緣故障熔斷器能有效切除故障,應選擇質(zhì)量較優(yōu)廠家的產(chǎn)品,10kV、35kV電磁式電壓互感器熔斷器熔體長度不應小于60cm、150cm,60s內(nèi)熔體的熔斷電流應小于2A。具體選擇:基于系統(tǒng)額定相對地電壓與直流電阻的比值,選擇熔斷器最小熔斷電流。
6結(jié)語
雖然這只是一起典型的鐵磁諧振引起的電壓互感器柜爆炸事故,事故發(fā)生的整個過程確實非常完整和具體的將保護和一次設(shè)備的配合性給我們呈現(xiàn)出來。在此次事故中,我們看到了鐵磁諧振的重大危害,也讓我們認識到繼電保護正確動作的重要性。要針對不同變電站的不同情況,合理選擇抑制鐵磁諧振的方法,切實保障人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全,保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時也告誡我們檢修人員,只有扎實的理論基礎(chǔ)配上果敢、冷靜的頭腦,和勤勤懇懇的工作態(tài)度,才能更好的將工作做好。通過此次電壓互感器爆炸故障分析,應在所有電壓互感器上安裝一次、二次消諧器,按需求配備電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置,選擇合格的熔斷器,防止頻繁出現(xiàn)電壓互感器爆炸及熔斷器熔斷事故。
參考文獻:
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(作者單位:大連第一互感器有限責任公司)