变电站10kV电压互感器柜爆炸分析与总结

封斌

摘 要：电压互感器是电力系统中一次与二次电气回路之间不可缺少的连接设备。其作用是实现一、二次系统的电气隔离，把一次侧的高电压变换成适合于继电保护装置和测量仪表等工作的低电压。本文通过一起10kVPT柜爆炸故障分析其中安全隐患，以及整改措施。通过此次案例浅析故障过程与原因期望在以后工作中避免类似事件再次发生。

关键词：铁磁谐振；电压互感器；过电压；高后备保护

中图分类号： TM4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-169-2

0 引言

在10kV中性点不接地系统中，为了监控电力系统的运行状态，安装了大量的电磁式电压互感器。由于电压互感器在受到某些扰动时，会产生铁磁谐振，引起虚假接地现象，铁心饱和会出现过电压和大电流，长时间的大电流会使高压侧熔丝熔断，重则会引起电压互感器爆炸和停电事故，严重影响系统的安全运行。

1 事件案件分析

1.1 变电站接线情况（如图1）

此35kV变电站为单线单变接线方式，故障前运行方式为35kV 1号主变带10kV全部负荷运行，主变保护正常投入。

1.2 事故经过

事故发生当日上午06时50分左右，检修人员接到事故抢修通知，事发变电站1号主变保护动作跳闸，全站失电。

接到抢修命令后，抢修人员立即火速赶往事发变电站。到达现场后，发现故障点在10kV1号母线压变柜，运行人员已将压变手车拉出，压变柜及手车整体已全部烧黑，相邻柜被熏黑，立即汇报调度、工区领导。同时根据事故应急预案和调度口令，隔离故障设备、恢复所用电系统，尽快送出丢失负荷。

1.3 事故原因分析

因现场UPS电源在站用电源失电时发生故障，导致后台及及监控均未能记录故障时的信息，在对OPEN3000系统进行检查分析，调出故障前10多分钟的遥信信息发现10kV母线各相接地信息频发，动作、复归信息动作达5次，调出遥测信息发现10kV母线电压波动较大（遥测曲线取样为每5分钟取1点）。

母线遥测电压如下：

三相相电压波动较大，均升高约1.6倍，线电压均正常，属于铁磁谐振中典型的分频谐振现象。（如图2、图3）

保护及自动装置动作情况如下：

06：15：09：205，35kV1号主变高后备保护装置复合电压过流一段一时限（定值251A/4.18a，1.4秒）及复合电压过流二段一时限（定值185A/3.08a，1.4秒）保护动作出口，三相故障，动作电流为1136.4/18.94A（折算到10kV侧约为3788A），跳开高压侧301开关、低压侧101开关。

事故过程分析：

通过对OPEN3000系统数据和保护装置检查、保护动作的时间先后整理，保护动作分析如下：因该变电站承担钢厂负荷，钢厂合闸期间，系统受到扰动，达到电压互感器铁磁谐振（分频谐振）条件，产生电磁振荡，形成谐振过电压，造成遥信显示虚假接地现象，接地告警频发。电压互感器在正常工作电压下，铁芯磁通密度不高，铁芯不会饱和，但在过电压情况下，铁芯磁通密度升高，铁芯饱和，电感会迅速下降，产生很大的一次谐振电流，保险过热熔断，熔断时发生爆炸引起弧光短路，由1号主变后备保护正确动作，切除了故障，全所失电，电弧爆炸造成了柜内设备烧损。

2 处理方案

①紧急调用三相发电机，供站内负荷及抢修使用，对直流系统充电，确保了直流系统工作正常。

②对35kV1号主变检查、试验无异常。

③对1号主变各保护及回路检查，调取动作报告及故障信息，检查装置及回路无异常。

④对10kV1号压变柜进行清理和隔离。

⑤检查相邻间隔母线室及跨桥母线受影响情况，并对相邻穿墙套管进行了清扫，对该母线进行耐压试验，确认绝缘良好。

⑥用其中一条10kV出线作为联络线为10kV母线提供电源，恢复10kV1号母线及站用变供电。

⑦退出复合电压功能，采用过流保护方案。

⑧联系开关柜厂家制定修复方案。

3 改进措施及可行性分析

3.1 改进措施

目前技术措施消除铁磁谐振主要从改变系统参数和消耗谐振能量来考虑。

①选用不易饱和的电压互感器或三相五柱式电压互感器。

②减少系统中并联电压互感器的台数。

③10 kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器。

④相对地加装电容器，使网络等值电容减小，网络等值电抗不能与之相配，以满足Xc0/Xm≤0.01的条件，可避免因深度饱和而引起的谐振。

⑤电压互感器二次开口三角形绕组两端接入阻尼电阻，从而减弱谐振能量，防止产生过大的过电压和过电流。

3.2 可行性分析

由于厂家限制，无法更换电压互感器型号与种类；另外，由图1.可以看出，本站为单线单变接线方式，10kV为单母线运行，只有一台电压互感器，因此不存在减少电压互感器台数的方案；于某矿变电站和井下中央配电室6kV母线均分段运行，电压互感器组不能撤出；每相对地加装电容器，会增大单相接地故障时因系统对地电容所产生的超前电流分量，且投资较大。

该变电站最终采取了在电压互感器开口三角形处并接50Ω、500W阻尼电阻的措施；在井下中央配电室采取了在电压互感器一次侧中性点串接9kΩ、15W消谐电阻的措施，有效地消除了铁磁谐振，防止了虚假接地故障报警和电压互感器的烧毁，既确保了供电安全，又减少了不必要的损失。

虽然这只是一起典型的铁磁谐振引起的电压互感器柜爆炸事故，事故发生的整个过程确实非常完整和具体的将保护和一次设备的配合性给我们呈现出来。在此次事故中，我们看到了铁磁谐振的重大危害，也让我们认识到继电保护正确动作的重要性。要针对不同变电站的不同情况，合理选择抑制铁磁谐振的方法，切实保障人身、电网、设备的安全，保障电力系统的稳定运行。同时也告诫我们检修人员，只有扎实的理论基础配上果敢、冷静的头脑，和勤勤恳恳的工作态度，才能更好的将工作做好。