1000MW机组380VPC段母线电压互感器烧毁事故分析

于成

(浙江省火电建设公司，杭州市，310016)

0 引言

某电厂1 000MW机组的低压厂用电系统配置2台汽机变压器、2台锅炉变压器、2台公用变压器、2台保安变压器、1台检修变压器、1台照明变压器以及上述变压器各自的动力中心(power center，PC)段母线。其中除检修PC及照明PC系统属直接接地大电流接地系统，其他各段均为经电阻接地的小电流接地系统。该机组380 V PC段母线在负荷侧单相接地时，发生电压互感器(potential transformer，PT)烧毁事故。本文对此问题参考相关资料［1-2］进行分析，以供同类型机组在考虑低压厂用电设备在过电压情况下运行的安全问题［3］时参考。

1 事故概况

集控事件记录:2011年4月2日23:15，7号机7B汽机PC段发出接地报警，3日5:18，母线电压消失;次日8:45，7B保安PC段发出接地报警，9:05，母线电压消失。

2 事故处理

调试人员接到通知至现场检查，发现汽机B段PC母线C相对地电压为0，PT一次侧A、B相熔丝熔断，一次线圈电阻基本为0，确定PT烧毁。拆开检查发现，PT一次侧线圈内部绝缘漆熔化，绝缘破坏，短路后线圈烧毁。由于汽机段仍有接地现象，先在汽机段通过拉合开关查出至7号机组汽机电动阀门配电柜电源存在接地现象，之后在汽机电动阀门配电柜侧经拉合开关查出凝结水泵A出口旁路电动门C相接地。对汽机段母线烧毁的PT进行更换，接地故障解除，PC段母线暂时恢复正常。

7B保安段检查无接地现象，但母线PT一次侧A、B相熔丝熔断，PT同样烧毁，接地原因暂无法查明，怀疑是PC段负荷绝缘不好所致。随后对各支路进行绝缘检查，绝缘均合格，由于保安段电源急于恢复，将母线PT更换后恢复母线正常运行［4］。

3 事故分析

接地故障解除后，依然有2个问题未得到解决:一是保安段接地报警及PT烧毁，到现场检查时接地却消失的原因;二是母线PT烧毁的原因。

3.1 遗留问题1

事后核查2段PC负荷时发现，2段母线都接至7号机组汽机电动阀门配电柜，汽机段为其电源1，保安段为其电源2。正常运行时电源1为主电源，7号机组汽机电动阀门配电柜配有双电源切换装置。由此可推测，保安段接地报警是由于凝结水泵A出口旁路电动门C相接地导致。事故经过应该是凝结水泵A出口旁路电动门C相接地导致PC段母线C相接地，PT一次线圈A、B相接地短路烧毁，引起母线电压波动。因电动阀门配电柜设双电源切换装置，检测到汽机段电压异常，切换至保安段电源。由于接地依然存在，保安段同样C相接地，PT一次线圈A、B相接地短路烧毁，引起母线电压波动。同理，此时汽机段因为PT一次熔丝已熔断，母线电压恢复正常，电动阀门配电柜切至汽机段，保安段接地故障消失［4］。

3.2 遗留问题2

考虑到本工程汽机PC段经高阻接地，PC段母线PT中性点均经接地线直接接地，负荷侧发生接地时，有3种情况可能导致PT短路烧毁。

3.2.1 3种情况

(1)负荷接地时，二次电压不平衡导致输出负载增大，从而出现PT过负荷。由于PT结构不合理(见图1，图中烧毁的为一次线圈，外层为二次线圈)，一次线圈处于PT内侧且紧靠铁芯，导致一次线圈散热较慢，积聚的热量使线圈漆包线绝缘层熔化，造成匝间短路，进而造成母线对地短路。当2相都对地短路时造成相间短路，引发 PT烧毁及其一次侧熔丝熔断。

图1 事故后拆解开的PTFig.1 Disassembled PT after accident

(2)负荷接地时引发铁磁谐振导致铁芯及线圈发热引发 PT 烧毁［5］。

表1 PT铭牌参数Tab.1 Nameplate parameters of PT

3.2.2 情况分析

(1)情况1分析。针对情况1对PC段正常运行时的负荷进行了测量，结果如表2所示。

表2 实测保安段正常运行工况下PT负荷Tab.2 Measurement of PT load in emergency power under normal operating conditions

(2)情况2分析。电力系统中的铁芯电感元件与电容元件构成共谐条件时，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。铁磁谐振使得电流大大增加，电压超限，严重时将损坏设备绝缘，造成电压互感器保险熔断，导致事故的进一步扩大，因此应及时进行处理。铁磁谐振一般发生在中性点不接地系统中［7］。

铁磁谐振与单相接地故障的主要区别:系统发生单相接地时，接地相电压降低，非接地相电压升高。若接地点为金属性直接接地，接地相电压为0，其他2相升高为线电压，PT开口三角形回路电压较为稳定。

谐振时，3相电压可超过线电压，3相电压无规律变化，开口三角电压随谐振程度不同而变化。

若相电压有2相升高很多(超过线电压)，开口三角形电压大于100 V或消弧线圈上无电流，则可判断为谐振;若1相电压降低，另2相电压升高不超过线电压且线电压正常，可判断为系统单相接地。电压表有低频无规律摆动现象可判断为谐振。

现场通过实际接地模拟，发现开口三角电压稳定、无变化，录波记录亦无其他谐波分量;相电压接地相为0，非接地相为100 V，线电压为100 V，录波记录亦无其他谐波分量。情况2的推测排除。

(3)情况3分析。如图2所示，PT运行时磁感应强度变化量正比于一次线圈端电压，而磁感应强度B，根据B-H曲线又影响磁场强度H，H又决定电流。如果一次线圈端电压过高，导致B超过饱和点Bm，磁心的损耗会增大，电流将快速增加［8-9］。此时如保护电路不起作用，电压不及时降低，那么电流速增将会导致器件损坏。由此推测，情况3导致PT短路烧毁的可能性很大。为了验证上述推测，找出一个备用PT对其励磁特性曲线进行测试，测试结果见表3。

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通过表3数据可以确定，PT烧毁是由于厂家在PT选型时，未考虑到380 V非接地系统单相接地会使非接地相电压抬高而引起的。此时其一次线圈电流是额定电流的50倍左右，一次保护熔丝为2 A，熔丝的熔断时间长于线圈的可承受时间，线圈严重过载，导致烧毁［10］。

4 结语

确定事故原因后，联系设计院及厂家重选设备，订购了新型号的PT，通过分段停电，在机组试运前将所有PT全部更换。

以往300、600MW机组低压厂用电系统大都采用直接接地方式，近年来新建的1 000MW机组为保证电源可靠性开始采用经电阻接地的非直接接地系统。对于新建机组，设计人员在选型时应全面考虑在非直接接地系统中单相接地时母线PT及低压厂用设备过电压情况下运行的安全问题、控制回路中控制电压的选择以及是否需要增加隔离变压器等问题。

［1］钱亢木.大型火力发电厂厂用电系统［M］.北京:中国电力出版社，2001.

［2］周泽存.高电压技术［M］.北京:水利电力出版社，1988.

［3］GB 1207—2006电磁式电压互感器［S］.北京:中国标准出版社，2006.

［4］国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答［M］.北京:中国电力出版社，2000.

［5］李锐，古万生，齐焕宇.浅谈电力系统中的铁磁谐振［J］.黑龙江科技信息，2009，13(10):55-56.

［6］陈慈萱.过电压保护原理与运行技术［M］.北京:中国电力出版社，2001.

［7］李润光.中压电网系统接地实用技术［M］.北京:中国电力出版社，2001.

［8］汪晓元.大学物理学［M］.上海:复旦大学出版社，2006.

［9］周鹗.电机学［M］.北京:中国电力出版社，1999.

［10］DL/T 866—2004电流互感器和电压互感器选择及计算导则［S］.北京:中国电力出版社，2004.