10kV母线电压互感器炸裂的原因浅析

关键词： 金属性 中性点 单相 接地

6~35k V的电力系统, 目前采用的是中性点不接地运行方式, 这种方式对其本身来说虽然有它的诸多优越性, 根据《电气事故处理规程》的规定, 在出现单相金属性接地时, 可以运行1~2h, 在出现单相弧光接地时可以运行15min, 这对于电力用户来说其可靠性相对较好。但是实际上一旦产生弧光接地, 过电压以及大的接地电流对电气设备的损坏是迅速的, 而弧光接地引起的谐振过电压也直接危及到电力系统中的绝缘薄弱点如电压互感器等。

铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。这种谐振产生过电压的幅值最高可以达到正常相电压的3~3.5倍, 且过电压频率往往远低于额定频率, 铁心处于高度饱和状态, 其表现形式可能是相对地电压升高, 励磁电流过大, 或以低频摆动, 引起电压互感器高压熔断器频繁熔断、电压互感器烧毁或诱发保护误动作等事故。因此, 分析电压互感器谐振事故, 提出相应地改进措施, 对确保输油泵站安全可靠供电具有十分重要的意义。

1 故障现象

2月24日11:42时, 2#泵电机因开口三角电压保护动作甩泵, II段母线PT柜消谐装置显示接地故障, 经现场检查发现I I段母线PT B相炸裂, 1支PT高压侧熔断器熔断。现将对该事故的原因初步分析汇报如下:

经对2#主输泵电机开关柜继保装置信息查询, 先有“不定向灵敏接地故障”, 接着开口三角电压保护启动并动作跳闸;II段母线PT二次侧安装有KSX196HB型微机消谐装置, 通过对消谐装置的检查, 该装置的可控硅工作正常, 未造成击穿;进一步追忆查询, 在接近20分钟的时间里, 有1/2频谐振, 工频谐振, 3倍频谐振等共发生20次, 幅值最高达到180V。

2 原因分析

(1) 事发当天, 贵阳市为大风天气, 极易因风力吹偏导线等情况导致某相导线接地, 虽然该站专线线路为有绝缘护套的电力电缆, 但在耐张段等位置还是有发生瞬间接地的可能, 但是瞬间接地或金属性接地不会造成串联谐振, 故泵站所属专线引起故障的可能性很小。

(2) 通过泵站进一步询问上游110k V变电站, 确实有其它线路发生接地。上游110k V变电站与10k V二油线共母线的其他10k V配电线路发生接地极有可能导致泵站供电系统产生单相接地现象, 同时, 很大程度上可以确认为弧光接地。在发生单相接地瞬间, 由于未接地两相对地电压瞬间提高, 励磁电流突然增大使铁芯饱和, 电感L及感抗值XL随之减小, 当感抗与容抗在某次谐波下当容抗XC与感抗XL相等时, 即XC=XL, 电路中的电压U与电流I的相位相同, 电路呈现纯电阻性, 这种现象叫串联谐振 (也称为电压谐振) 。当电路发生串联谐振时, 电路的阻抗Z=√R2+XC-XL2=R, 电路中总阻抗最小, 电流将达到最大值。由于在短时间内, 系统多次发生谐振, 电压互感器 (型号:JDZX10-10B, 大连第一互感器厂生产) 开口三角因消谐而多次短路产生热量, 当积聚热量超过互感器的绝缘承受能力时, 互感器发生炸裂。

(3) 单相弧光接地产生的原因。从上述分析可见, 单相弧光接地产生谐振过电压从是引起电压互感器炸裂的最主要和最直接因素。而中性点的接地方式, 直接影响到单相弧光接地的产生和限制力度。根据我国的传统设计经验, 在10KV电力系统普遍采用中性点不接地方式, 这是因为在早期的10KV电力网中, 电力网络简单, 电力电缆采用量不大, 系统的单相接地电容电流并不大。而随着各电力系统的发展和增容, 原电力系统主接线发生了很大的变化, 电力电缆的采用量急剧增加。从诸多10KV系统的运行现状和经验来看, 其过电压发生的机率越来越高, 由于过电压造成的事故在整个电气事故中所占的比例也越来越大。输油泵站所在片区供电系统亦属于这种情况, 该片区为城郊, 大部分供电线路为电力电缆, 且有用电设备为大型电动机的工厂企业用户。系统的单相接地电容电流可能产生间歇性电弧, 出现间间歇性过电压。

3 改进措施

在现场高压开关柜不做更换的前提下, 根据铁磁谐振的发生条件和稳态特点, 可从改变电感电容参数和消耗谐振能量两个大的方面来消除铁磁谐振。

(1) 将电压互感器更换为具有防铁磁谐振性能的JSZFR-10G型电压互感器, 可在一定程度上得到改善。该互感器为原厂生产的三相式电磁互感器, 励磁特性较好, 其工作点在伏安特性的线性部分的下部, 当有激发因素时, 过电压不会进入饱和区, 因而难以形成参数匹配, 这样就可以降低谐振发生的机率, 这也是消谐治本的措施。

(2) 在电压互感器一次线圈中性点的接地线中串接一只非线性电阻, 该消谐器为一非线性电阻, 起阻尼与限流作用, 可有效地抑制发生接地时电压互感器与故障回路引起的铁磁谐振。这种方法能够在一定程度上缓解电压互感器的损伤情况, 通过其他泵站变电所改造后的运行情况来看, 效果较好, 且改造简单易行。

4 结语

中性点不接地的电力系统发生单相接地或者单相弧光接地的现象是不可避免的, 其产生的过电压及谐振过电压对电力系统绝缘相对薄弱的设备的威胁与损坏始终存在。

从经济效益与生产技术综合考虑, 具有优良性能的电压互感器的研发制造主要集中在高电压等级;国内电网35k V以下电力系统的电压互感器的性能相对落后, 炸裂、烧毁等故障频繁发生, 如何防止本文所述类别事故的发生, 更多地需要从在电网异常的扰动情况下, 通过增加辅助设备或元件, 是电力系统相关参数不满足发生铁磁谐振的条件进行考虑, 目前主要有采用励磁特性较好的电压互感器, 在PT二次开口三角绕组接阻尼电阻, 电压互感器一次侧中性点经消谐电阻R0接地, 微机消谐装置或改变网络参数等措施进行消谐, 也可以根据电网的具体情况, 采用将一次消谐装置与二次消谐装置相互配合使用进行消谐。同时为了确保设备安全, 在采取消谐措施的同时还应采取限制间歇性弧光接地过电压等措施。

摘要：在电力系统中, 电压互感器 (PT) 是一、二次系统的联络元件, 它能正确地反映电气设备的正常运行和故障情况。西南成品油管道输油泵站10kV供电系统为中性点不接地系统, 在非雷雨季节, 电压互感器发生炸裂的情况已出现三次;本文从现场供电环境、保护装置的作用及电压互感器本身工作的原理等方面入手对故障进行了分析, 并提出改进措施。

关键词：电力系统,电压互感器,弧光接地,谐振,改进