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中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)活動(dòng)專區(qū) 閱讀提示：本文約 3400 字，建議收藏后閱讀,！ 廣西電網(wǎng)公司柳州供電局的研究人員萬壽雄,，在2021年第11期《電氣技術(shù)》上撰文，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和故障錄波波形對一起10kV線路兩相故障導(dǎo)致10kV母線電壓互感器避雷器爆炸的事故進(jìn)行全面分析,。分析表明,，造成避雷器爆炸的主要原因是鐵磁諧振及低頻飽和電流，其中鐵磁諧振造成的過電壓是正常運(yùn)行時(shí)的3.3倍,。最后,，本文提出相應(yīng)的處理辦法及改進(jìn)措施，以減少由此造成的經(jīng)濟(jì)損失,。
我國10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地,。此種系統(tǒng)供電可靠性較高,，發(fā)生單相接地故障時(shí),，系統(tǒng)能持續(xù)運(yùn)行2h。由于非故障相電壓升高至線電壓,，容易發(fā)生幅值較高的弧光接地過電壓,。一般情況下，10kV母線電壓互感器（potential transformer, PT）需要將中性點(diǎn)直接接地,，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生空載母線合閘,、單相接地故障消失或者負(fù)荷劇烈變化等情況時(shí)，PT勵(lì)磁電感可能與系統(tǒng)對地電容形成諧振，引發(fā)過電壓,，造成系統(tǒng)過電壓或PT高壓繞組過電流,，從而影響設(shè)備正常運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備燒毀,。以前,，10kV配電系統(tǒng)多采用架空線路，對地電容較小,，易與PT電感匹配形成鐵磁諧振,。隨著城市的發(fā)展，高壓電纜被大量使用,，系統(tǒng)對地電容避開了鐵磁諧振區(qū),，但是PT故障仍然存在，需要作進(jìn)一步分析,。本文針對某地區(qū)220kV月山站10kV母線PT避雷器爆炸事故,，結(jié)合故障波形進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出合理的改善措施,，以降低故障發(fā)生率,。1 系統(tǒng)圖及開關(guān)動(dòng)作情況220kV月山站10kV低壓側(cè)系統(tǒng)一次接線如圖1所示。220kV月山站1號(hào)主變,、2號(hào)主變及三側(cè)開關(guān)正常運(yùn)行,，10kV 1M、2M分列運(yùn)行,。保護(hù)動(dòng)作情況為220kV月山站1號(hào)主變第二套低后備保護(hù)動(dòng)作,，跳開1號(hào)主變10kV側(cè)901開關(guān)，造成10kV 1M失壓,。各開關(guān)保護(hù)定值及開關(guān)動(dòng)作情況見表1,。 
圖1 220kV月山站10kV低壓側(cè)系統(tǒng)一次接線
表1 各開關(guān)保護(hù)定值及開關(guān)動(dòng)作情況220kV月山站1號(hào)主變第二套低后備保護(hù)動(dòng)作，跳開1號(hào)主變10kV側(cè)901開關(guān),，10kV 1M其他線路間隔開關(guān)在合位,，各線路間隔保護(hù)僅啟動(dòng)不動(dòng)作，且伴有母線接地軟報(bào)文,；10kV電容器C1由于10kV母線失電壓,，電容器低電壓保護(hù)動(dòng)作，跳開C1開關(guān),。檢修班組與值班員檢查10kV高壓室各線路間隔均正常,，僅有10kV 1M PT091小車柜前柜及相鄰開關(guān)柜存在故障后熏黑現(xiàn)象，小車柜后柜有故障時(shí)過熱的痕跡,，其中10kV 1M PT091小車柜后下柜燒毀情況嚴(yán)重,。故障前后小車柜對比如圖2所示,。打開10kV 1M PT091小車柜后下柜門發(fā)現(xiàn)，后下柜內(nèi)的設(shè)備都有不同程度的受損情況,，柜內(nèi)避雷器,、PT、PT熔斷器受到故障沖擊影響,，表面均已被黑色金屬粉塵覆蓋,，如圖2（b）所示。其中,，柜內(nèi)10kV 1M B相避雷器外觀有爆裂痕跡,，如圖3所示。
PT外觀無明顯爆裂,，PT二次電纜已全部燒毀,，10kV 1M PT091小車母線室內(nèi)母線外表存在被后下柜設(shè)備發(fā)生事故時(shí)由泄壓通道釋放的金屬粉塵熏黑現(xiàn)象。將10kV PT柜上柜母線表面清理干凈后,，試驗(yàn)班進(jìn)行10kV 1M母線絕緣電阻測試,，試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常，10kV 1M母線絕緣合格,。對10kV 1M PT繞組進(jìn)行直流電阻,、電壓比、耐壓試驗(yàn),，數(shù)據(jù)無異常,，試驗(yàn)合格；一次對二次及地絕緣電阻正常,。對10kV 1M避雷器檢查試驗(yàn)結(jié)果表明：除10kV 1M避雷器B相絕緣擊穿損壞,，A、C相避雷器試驗(yàn)合格,。結(jié)合監(jiān)控后臺(tái)機(jī)及保護(hù)裝置的動(dòng)作報(bào)文,，畫出保護(hù)動(dòng)作時(shí)序，如圖4所示,。相間故障波形如圖5所示,。 
2019年1月15日05:06:13.208.5ms，由圖5可知,，10kV大橋線907（CT電流比：800/5）存在短時(shí)A,、B相間短路，反映到1號(hào)主變10kV低壓側(cè)現(xiàn)象為A,、B兩相電流相位相反,。從波形中可以看出1號(hào)主變低壓側(cè)電流二次值為2.2A(電流比：4000/5)，折算到907線路電流二次值為17.6A（Ⅱ段定值：15A,，時(shí)間0.3s）,，達(dá)到了Ⅱ段定值，但是持續(xù)時(shí)間不足0.3s,。故保護(hù)不動(dòng)作,，僅啟動(dòng)。電磁式電壓互感器低壓側(cè)的負(fù)荷很小,，接近空載,，高壓側(cè)有很高的勵(lì)磁阻抗。由于線路故障迅速恢復(fù),，引發(fā)電能,、磁能的振蕩，在故障消失后,，它與導(dǎo)線對地電容或者其他設(shè)備的雜散電容之間形成特殊的三相和單相諧振回路,，在電磁振蕩的激勵(lì)下極易產(chǎn)生磁飽和，暫態(tài)勵(lì)磁電流急劇增大,，電感值 下降,，從而引發(fā)鐵磁諧振。電網(wǎng)中發(fā)生最多的情況為兩相因嚴(yán)重飽和而致導(dǎo)納成感性,，另一相呈容性,，其電路如圖6所示。從相量圖看來,，諧振使中性點(diǎn)電壓發(fā)生了嚴(yán)重的偏移,，從而導(dǎo)致兩相電壓增大，零序電壓增大,。中性點(diǎn)偏移原理如圖7所示,。
經(jīng)檢查，一次熔斷絲并未熔斷,，非分次諧波諧振,。從圖8中性點(diǎn)偏移相量圖和圖9線電壓和相電壓波形看來，三相對地電壓表現(xiàn)為兩相高,、一相低,，線電壓正常；其中A相電壓二次值為55.83V,，B相電壓二次值為152.237V,，C相電壓二次值為131.481V。AB,、BC,、CA線電壓二次值均為105.37V，線電壓正常,。正常情況下,，相電壓二次值為57.7V,，B相過電壓為2.634倍相電壓，C相過電壓為2.279倍相電壓,，零序電壓二次電壓值為195.773V（PT電壓比為10/0.1）,，折算到一次側(cè)中性點(diǎn)電壓為1 957.73V（正常時(shí)電壓僅為30V）。由于中性點(diǎn)的偏移,，零序電壓急劇增大,，導(dǎo)致在此時(shí)間內(nèi)伴有接地信號(hào)，即虛假接地現(xiàn)象,，此為基波諧振的重要特征,。從監(jiān)控后臺(tái)機(jī)報(bào)文看來，10kV 1M各間隔均發(fā)出母線接地信號(hào),，但實(shí)際上母線并沒有接地,。在圖10所示線電壓和相電壓波形中05:06:16 688ms至05:06:16 988ms及圖11所示線電壓和相電壓波形中05:06:17 629ms至05:06:18 340ms這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，A相電壓二次幅值為99.182V,，B相電壓二次幅值為189.927V,，C相電壓二次幅值為180.923V。AB,、BC,、CA線電壓的二次幅值均為108.37V，線電壓波形與之前相比,，有一定程度畸變,。正常情況下，相電壓二次值為57.7V,，A相過電壓為1.72倍相電壓,，B相過電壓為3.3倍相電壓，C相過電壓為3.14倍相電壓,，零序電壓二次電壓值為216.628V（PT電壓比為10/0.1）,，折算到一次側(cè)中性點(diǎn)電壓為2 166.28V（正常時(shí)電壓僅為30V）。諧振比之前更加嚴(yán)重,。由圖12 PT波形可知,，05:06:18 68ms，諧振結(jié)束,，諧振時(shí)間持續(xù)4 818.4ms,，持續(xù)過電壓使B相避雷器閥片劣化速度加快，導(dǎo)致B相避雷器爆炸,，進(jìn)而演變成B相金屬性接地,，B相電壓降低至0，A,、C相電壓升高為線電壓,。由1號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作波形圖13可知,，直至05:08:12.387.2ms，故障發(fā)展為三相故障,。三相故障時(shí),，三相電壓接近于0,，電流二次值為23A,，達(dá)到1號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作定值（過電流Ⅰ段2時(shí)限定值：11A，時(shí)間：1.2s）,。經(jīng)1 208.6ms,，1號(hào)主變第一、二套保護(hù)動(dòng)作出口跳開901開關(guān),。
圖13 1號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作波形結(jié)合故障錄波裝置波形及監(jiān)控后臺(tái)信息做出事故時(shí)間線,，如圖14所示。
1）2019年1月15日05:06:13.208.5ms,，10kV大橋線907發(fā)生AB相間故障,，故障持續(xù)時(shí)間約48ms，由于時(shí)間未達(dá)到定值,，10kV大橋線907線路保護(hù)裝置僅啟動(dòng)不動(dòng)作,。2）在故障消失后，電壓互感器與導(dǎo)線對地電容或者其他設(shè)備的雜散電容之間形成特殊的三相和單相諧振回路,，在電磁振蕩的激勵(lì)下極易產(chǎn)生磁飽和,，暫態(tài)勵(lì)磁電流急劇增大，電感值下降,，從而引發(fā)鐵磁諧振,。雖然諧振時(shí)間僅持續(xù)了4 818.4ms，但后半段諧振過電壓幅值很高,，持續(xù)過高的諧振過電壓使B相避雷器閥片劣化速度加快,，最終導(dǎo)致B相避雷器發(fā)生爆炸。3）由于PT計(jì)量繞組為0.2級,，其飽和電壓較小,，在發(fā)生諧振時(shí)，該繞組產(chǎn)生較大的故障電流,，導(dǎo)致計(jì)量PT空開先跳閘,。4）B相避雷器爆炸后變成B相金屬性接地，B相避雷器爆炸后產(chǎn)生的煙霧,、粉塵使PT柜內(nèi)空氣絕緣降低,，在線電壓的作用下發(fā)展成三相短路故障，電流值和時(shí)間均達(dá)到1號(hào)主變低后備保護(hù)過電流Ⅰ段1時(shí)限和2時(shí)限動(dòng)作條件,，1號(hào)主變第二套保護(hù)動(dòng)作跳開901開關(guān),，保護(hù)動(dòng)作正確,。為了抑制諧振過電壓和穩(wěn)定系統(tǒng)的中性點(diǎn)電壓，在10kV母線PT二次開口三角處接入消諧裝置,，但此種方式不能抑制基頻或分頻諧振,，當(dāng)XC/XL 0.01時(shí)也不能很好抑制過電流，易燒毀PT或使一次高壓熔斷器熔斷[10-11],。為避免類似問題發(fā)生,，可以采用如下措施：1）調(diào)整220kV月山站10kV出線運(yùn)行方式，盡可能投入線路,，增加系統(tǒng)對地電容,，破壞諧振發(fā)生條件。2）使用一次消諧裝置,，若再次發(fā)生諧振,，則更換為電容式PT，從根本上消除發(fā)生諧振的基礎(chǔ),。從以上分析可知,，10kV出線兩相瞬時(shí)故障，導(dǎo)致PT與導(dǎo)線對地電容之間形成諧振回路,，致使PT一次側(cè)過電流,，鐵磁諧振過電壓造成相電壓升高，導(dǎo)致B相避雷器擊穿,。為防止諧振再次發(fā)生,，對10kV系統(tǒng)加裝了消弧線圈。同時(shí),，調(diào)度調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式,，盡量減少熱備用線路運(yùn)行，降低電感與電容匹配程度,，破壞諧振產(chǎn)生的條件,。經(jīng)兩年多的運(yùn)行，未發(fā)生諧振現(xiàn)象,。本文編自2021年第11期《電氣技術(shù)》,，論文標(biāo)題為“10kV不接地系統(tǒng)兩相故障導(dǎo)致電壓互感器避雷器爆炸事故分析”，作者為萬壽雄,。
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