亭子口10kV电磁式电压互感器烧损事故案例综述

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口10kV电磁式电压互感器烧损事故案例综述

丘书通

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口10kV中性点不接地系统运行过程中，因母线一10kV馈线负荷的进线高压电缆头存在缺陷和受潮，单相放电引起绝缘损坏导致接地，同时非故障相因接地故障电压升高绝缘击穿导致相间短路，引起母线PT发生谐振现象的同时又造成PT铁芯饱和过热爆裂的事故，根据此次PT烧损事件的现场检查及事故原因分析，结合现场运行状况，得出此次PT烧毁引起的问题主要是PT发生超低频谐振时，铁芯热饱和以及PT剩余电压绕组过流未得到有效扼制而引起。笔者通过查找大量相关事故案例文献，结合专业班组给出的事故分析报告，针对PT分频谐振及剩余电压绕组过流未得到压抑的主要原因，采取有效整改和防范措施。

10kV中性点不接地系统 电磁式电压互感器 分频谐振 剩余电压绕组过流

1 10kV中性点不接地系统概况

亭子口10kV中性点不接地系统,母线上装设的电压互感器为JDZX9-10型电磁式。高压绕组额定电压为10/√3kV，二次绕组额定电压为0.1/√3kV，剩余绕组额定电压为0.1/3kV。该电压互感器为单相双线圈全封闭结构，采用环氧真空树脂浇注成型，铁芯采用优质冷轧硅钢片绕成环形，一次绕组结成星形接于10kV系统为被测电压，作为计量使用，二次绕组结成星形供测量(保护)使用，剩余绕组结成开口三角形，开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接，开口三角处会在接地故障情况下产生一剩余电压作为开关、母线继电保护使用。正常运行时，电力系统的三相电压对称，开口三角输出电压为零。如果是母线或发生单相接地故障时，中性点电位出现位移，开口三角产生零序电压使继电器动作，从而对10kV系统母线起保护作用。PT开口三角线圈出现零序电压则相应的铁芯中就会出现零序磁通，铁芯磁通饱和发热，严重时会造成电压互感器热熔爆裂。

近期亭子口10kV中性点不接地系统，因母线一10kV馈线负荷的进线高压电缆头存在缺陷和受潮，单相接地，非故障相继而因接地故障，电压升高绝缘击穿演变成相间短路，与此同时，同级母线上的电压互感器(WYJ-821型)微机电压互感器自动监测装置，监测到单相接地故障发生，引起PT发生铁磁谐振，又因非故障相过电压击穿绝缘造成相间短路，此过程中，母线PT先是因单相接地过电压发生铁磁谐振，引起PT铁芯饱和，进而又因相间短路，发生PT的剩余绕组过电流，造成公用10kVⅣ段84PT、大坝10kVⅡ段88PT A相电压互感器严重烧毁。通过回顾和分析，发现该起事故发生过程中，存在多处疑点和异常之处：

疑点1：电压互感器A相铁芯线圈发热爆裂时，A相的一次侧高压熔断器却完好未熔断；

疑点2：两台母线PT发生接地告警、严重过电压、过电流时，仅A相电压互感器发生线圈发热爆裂，而其他B、C两相却未见异常；

疑点3：当单相接地故障演变为相间短路时，该故障点进线开关及上级电源开关保护未见动作；

疑点4：10kV两处同级母线PT发生接地告警、严重过电压、过电流故障时，同级母线上的进线PT却未见异常。

笔者对该起电压互感器烧损事故进行深度分析和探究，借此解决上述疑点和异常之处。

2 事故概述

2017年8月21日上午8时许，亭子口大坝配电10kV中性点不接地系统分段运行过程中，大坝10kVⅡ段一左岸灌渠箱式变因高压侧电缆端头存在缺陷和受潮，在工频额定电压下存在局部放电，单相放电引起绝缘损坏导致接地，非故障相电压升高绝缘击穿导致相间短路，造成灌渠箱式变高压侧跌落熔断器熔断，接地相持续放电，此时该故障点负荷开关882保护装置未动作，故障电流经此开关回流至母线引起84PT、88PT谐振，造成PT铁芯饱和发热爆裂。事故前系统运行方式如图1所示。

图1 事故前系统运行方式

3 事故基本情况

3.1 事故设备

大坝配电10kVⅡ段一左岸灌渠箱式变、公用10kVⅣ段84PT、大坝10kVⅡ段88PT。

3.2 故障互感器的基本情况

(1)金属封闭开关设备(PT柜)型号：GASI1—12/PT。

(2)型号：JDZX9-10型电压互感器。

(3)电压比：10000/√3/100/√3/100/3V。

(4)互感器额定输出及相应准确级：0.2/3P级；30/100V·A。

(5)互感器极限输出：400V·A。

(6)极限绝缘电压：12kV。

3.3 故障现象

08∶04上位机报：“公用10kV IV段30号柜母线电压互感器84PT接地告警”，“公用10kV IV段30号柜母线电压互感器84PT测控装置异常”。

现场检查：10kV IV段84PT电压互感器监测装置(WYJ-821A)告警指示灯亮，10kV IV段母线电压17.1kV；08∶1210kV IV段母线84PT柜顶有烟冒出，有焦糊味。

08∶12上位机报：“大坝变电所10kV开关柜11#馈线柜保护装置异常”。

3.4 故障检查

现场检查84PT、88PT电压互感器本体均有不同程度的损伤，其中A相最严重，从下部纵向断裂，并从裂缝中流出黑色胶状物，显然是环氧树脂在高温熔融并炭化后形成。B、C相却无明显的异常痕迹；PT三相的高压限流熔断器完好未被烧断。

3.5 事故原因

由大量运行经验和实验表明：在中性点不接地系统中，电压互感器接成Y0/Y0/△的方式，其工作原理同一般铁芯式电力变压器相同，结构和接线方式也相似，主要特点是容量小，一次电压比较恒定，不受二次负荷的影响，正常运行时接近于空载状态。电磁式电压互感器基本结构主要是由铁芯和一、二次绕组组成，其二次绕组本身的阻抗很小，如二次绕组发生短路，过电流将急剧增长烧毁线圈。为此，电压互感器的一次侧接有高压熔断器，二次侧可靠接地，以免一、二次侧绝缘损毁时，二次侧出现对地高电位而造成人身和设备事故。

当电压互感器的电感和线路对地电容匹配时，可产生不同频率的铁磁谐振，常遇到的有三次谐波谐振、基波谐振和分频谐振。从互感器损坏的情况看，互感器应是在相对较短的时间内受到了难以承受的较大电流的作用，二次绕组在短期内发热使绝缘迅速损坏，发热使树脂熔融，造成的内部膨胀使浇注体开裂，故障进一步扩大，互感器线圈中有大电流流过是造成互感器毁坏的直接原因。造成接地式电压互感器绕组有大电流流过的原因主要有以下几种：

(1)过电压。在额定负荷下，互感器能在1.2倍额定一次电压下长期运行，超过此电压和时间范围，互感器就有可能因大电流而烧毁；

(2)互感器二次短路(包括开口三角短路)。单相接地时，剩余电压绕组开口三角处会产生一剩余电压，在二次绕组的内阻上，产生大电流，三相短路，促使互感器二次线圈短路，所有的电压均降落，如果持续时间超过1s(互感器的额定耐受时间)，互感器将很快烧毁，这种事例在实际运行故障中时有发生；

(3)互感器的二次实际输出超出了其极限输出。超负荷维持的时间较长，则互感器也会因大电流而烧毁；

(4)1/2分频谐振。1/2分频谐振过电流并非由铁磁谐振引起，而是由于相间短路后弧光接地，在开口三角等值零序回路中，对剩余电荷进行重新分配引致并叠加于工频的过电流现象。系统的低频谐振很容易使互感器铁芯饱和，二次绕组形成的大电流将电压互感器烧毁，这种情况在实际运行故障中最常见。

经调查，两台PT的二次输出是接在工控电压表和微机PT测控装置上，并未超出其额定值，因此第3种原因可以排除；剩下的1、2和4种原因都有可能使PT烧毁。一般情况下，如果单纯的过电压或单纯的谐振对互感器的损坏多发生在单台或两台PT上，三台同时烧毁的情况很少见，互感器二次短路使三台PT同时烧毁的充分条件是开口三角短路，该事故时有发生。因此查清电压互感器是否开口三角短路是分析事故原因研究的重点。

4 疑点分析

针对上述几处疑点和异常现象进行分析如下：

4.1 84PT、88PT电压互感器A相铁芯线圈发热爆裂时，A相的一次侧高压熔断器却完好未熔断？

(1)分析：根据此次PT烧损事故的现场检查及事故原因分析，A相的一次侧高压熔断器未熔断，系电压互感器发生谐振时，10kV系统微机消谐装置内消谐元件的消谐感性电流能部分或全部地补偿单相接地产生的容性电流，使电压互感器一次侧电流可大大降低，避免高压熔断器发生熔断。

(2)结论：因此A相的一次侧高压熔断器却完好未熔断。

4.2 两台母线PT发生接地告警、严重过电压、过电流时，为何仅A相电压互感器发生线圈发热爆裂，而B、C两相却未见异常？

(1)分析：B、C两相未见异常，系因左灌渠首箱式变终端杆跌落保险A、C两相熔断,B相未熔断的影响所致。左灌渠首箱式跌落保险A相的熔断,使单相接地突然消失，使PT中性点电位再次发生改变，对地电容储存的电荷再次重新分配，此时非接地相在故障期间已充的电荷只能作用于电压互感器高压线圈。与此同时，由电磁是电压互感器原理特性所知，母线PT二次侧B相的过电流经其自身的接地点转移至大地，母线PT二次侧C相的过电流后则经B相的接地点转移至大地中，如图2所示。

图2 Y0/Y0/Δ(开口三角形)接线形式的电压互感器

(2)结论：因此B、C两相外观完好，一、二次侧直阻正常。

4.3 当单相接地故障演变为相间短路时，为何该故障点进线开关及上级电源开关保护未见动作？

(1)分析：根据保护装置情况分析：左岸灌溉渠首变压器进线开关电缆发生单相接地故障，引起非故障相对地电压升高，进而发展到三相短路，产生很大的短路电流使左岸灌溉渠首变压器终端杆A、C相跌落保险熔断。由于跌落保险先熔断(熔断时间约0.1s～0.2s，882开关过流I段延时0.3s)，使得故障电流躲过了开关保护动作的延时整定，大坝10kV负荷开关882保护装置未动作。与此同时，该故障电流与故障持续的时间亦未能达到其10kV上级电源开关808、844的保护装置动作条件。

(2)结论：因此故障点进线开关882及上级电源开关(808，844、)的保护装置亦未动作。

4.4 10kV两处同级母线PT发生接地告警、严重过电压、过电流故障时，同级母线上的进线PT却未见异常。

(1)分析：10kV母线上的进线PT采用的是V-V接线形式，其接线形式与母线PT有所不同，由V-V接线形式电压互感器的原理特性所知，V-V接线方式不易引起系统谐振，不受系统的单相接地故障影响。

(2)结论：因此同级母线上的进线电压互感器(808PT、804PT)却未见异常。

5 事故防范措施

为了避免由于电磁式电压互感器运行中的异常现象对电力系统稳定运行造成影响，制定应对措施如下：

(1)根据此次PT烧损事件的情况及原因，举一反三，立即对右岸灌溉渠首箱式变和其它厂用PT柜同类设备开展隐患排查，防止事件重复发生。

(2)为了减少10kV系统谐振概率，在10kVⅣ段84PT二次绕组回路中并联一个200W220V的白炽灯，用于消耗电源提供给谐振的能量，能够抑制铁磁谐振过电压，有利于提高电磁式电压互感器的伏安特性。

6 结语

笔者在翻阅了大量同类型相似事故案例文献，结合现场事故调查和专业班组给出的事故分析报告进行对比剖析，得出此次PT烧毁引起的问题主要是PT发生1/2分频谐振时，铁芯深度热饱和以及PT剩余电压绕组过流未得到有效抑制而造成。该起电气事故，事故诱因较为特殊，系因单一接地故障演变成相间短路继而引发母线PT发生多发性严重故障而烧毁。这严重不利于厂用电10kV中线点不接地系统的安全稳定运行，值得电力同行作为特殊案例引以为戒，并作为经验借鉴。

〔1〕陈志平,金向朝.10kV电磁式电压互感器熔断器频繁烧毁事故分析[J].南方电网技术,2009,3(s1)：154-157.

〔2〕林 君.JDZX10-10型电压互感器烧毁事故分析[J].电气制造,2012(1)：64-66.

〔3〕谢伟强,张 赟.电磁式电压互感器运行中的异常现象及处理措施[J].电气技术，2012(5)：88-89.

〔4〕李 强.中性点不接地系统电磁式电压互感器问题综述[J].华东电力.2011(09)：1549-1552.

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2095-1809(2017)06-0027-04

丘书通(1989.06-)，男，广西陆川人，本科，助理电自工程师，从事水轮发电机组运行值班工作。