35 kV GIS电压互感器崩烧原因分析及升级改造

摘要：对35 kV变电站ZX2气体绝缘双母线组合电压互感器柜结构，事故前运行方式介绍。崩烧35 kV变电站E段母线电压互感器柜现场叙述，电压互感器崩烧原因分析，崩烧时220 kV、35 kV电压参数变化分析，电压互感器柜现场损坏解析，电压互感器柜体返厂解体逐个设备各部分分解剖析，查找35 kV变电站E段母线电压器互感器柜I母电压互感器A、B相崩烧损坏柜体炸裂事故具体原因。根据35 kV变电站E段母线电压器互感器崩烧分析结果及存在的缺陷，提出彻底解决电压器互感器柜故障缺陷的防范措施和优化升级改造方案，为同类35 kV电压互感器开关柜设备缺陷解决、事故的预防提供可靠的参考，也为同类设备的升级改造提供适用的实例，延长保证同类设备使用寿命，使同类设备效益最大化，节约大量投资。

关键词：35 kV开关柜;电压互感器;电缆;接地;崩烧;PT插头;熔断器;改造

中图分类号：TM451文献标识码：A文章编号：2096-6903（2021）10-0054-03

1 35 kV GIS开关柜电压互感器崩烧

1.1 35 kV GIS开关柜电压互感器结构连接方式

ZX2气体绝缘双母线开关柜，2011年3月生产，于2012年7月份正式投运，每一段开关柜上都含了两组母线电压互感器，同一段母线的两组电压互感器设计在一个开关柜内，柜体宽度为600 mm，三相电压互感器为品字形排列在开关柜底部。电压互感器通过短电缆插件与电压互感器开关柜母线室刀闸相连，刀闸在六氟化硫全封闭母线室内通过动触头与三相母线连接。母线为六氟化硫全封闭试母线，母线全封闭可发生故障率低，母线未设置专门的母线保护，通过电源进线开关后备保护实现母线故障的切除[1]。

1.2 35 kV GIS开关柜电壓互感器崩烧前运行方式

220 kV桥石线、回石线双回路并列运行，220 kV母联处于合闸状态，220 kV 1#主变负荷47 MW，220 kV 2#主变负荷14 MW，35 kV A单元双母线分列运行，馈出回路全部在运行状态，2#发电机带负荷30.5 MW经E单元I母经热油一线联络线开关柜361、367开关运行于35 kV A单元II母与220 kV 2#主变并列运行。

1.3 35 kV GIS开关柜电压互感器崩烧过程

（1）4月19日15：11：20.393，总降变35 kV E 单元（1#、2#发电机母线单元）热油一线联络线开关柜367开关保护装置发PT断线报警，15：12：53.929，367后备保护PT断线告警返回，15：12：54.629，367后备保护再发PT断线告警，15：12：58.759后备保护PT断线告警返回，15：12：58.809后备保护PT断线第三次告警。15：12：59.504 367 E单元I

作者简介：伍华伦（1976—），男，重庆人，本科，工程师，从事发电机、变电站系统运行维护工作。

母电压互感器柜崩烧，热油一线联络线开关柜361、367 开关零序过流保护动作，361、367开关跳闸。

（2）通过变电站录像观察，电压互感器柜先是有烟冒出，接着发出电弧光。现场检查35 kV E单元，发现母线电压互感器柜电压互感器崩烧，柜门崩开掉地上。现场有烟气，电压互感器柜I母电压互感器A相烧毁，B相插接头断裂，柜内燃弧导致其他电压互感器和电缆等出现不同程度的熏黑破损。前后母线室压力正常，低压室熏黑，柜顶泄压通道正常打开泄压。故障电压互感器周围钣金有局部变形，有对侧板放电痕迹。事故导致相邻避雷器柜部分二次线熏黑，柜门手柄破损。现场拆除电压互感器插拔头，对气室三相母线摇绝缘合格，气室压力合格。

2电压互感器崩烧的原因分析

（1）电压互感器本身质量问题，如果电压互感器本身绝缘漆工艺问题造成绝缘缺陷，电压互感器铁芯叠片压制不紧凑导致间隙或存在空气，电压互感器线圈绕制过不规范或导致绝缘漆损坏绕组损伤，接地线焊接不牢或虚焊，匝间绝缘不好，运输过程导致铁芯变形等，电压互感器安装过程不规范或固定不牢，均会使电压互感器在正常运行条件下发热量增加，加速电压互感器线圈及辅助设绝缘老化，出现局部高热绝缘弱化，进而发生电压互感器绝缘崩溃短路故障，使电压互感器发生崩烧。

（2）电压互感器二次侧严重过负荷或短路，由于电压互感器二次侧出口电压基本固定，负荷处于并列状态，并列回路越多阻抗越小负荷电流越大，根据Q=Izt可知电压互感器发热量可能成倍增加，根据电磁感应原理电压互感器一次侧电流也会相应增加，使电压互感器内部绕组发热量大量增加。严重时会使电压互感器膨胀爆炸。

（3）电压互感器过电压，当系统中出现波动时，如正常操作长线路、长电缆、变压器合闸和分闸涌现巨大的涌流，线路非同期合闸，不接地系统发生间歇性弧光接地等，会引起电压互感器励磁电流迅速增大，铁芯严重饱和，产生尖顶波，感抗下降到ωL=1/（ωC）时，发生谐振产生谐振过电压。其谐振过电压倍数可达额定电压2.50倍以上，电压互感器将严重发热爆裂烧毁。

（4）系统电压三相严重不平衡、波动大振幅大、奇次谐波谐波电流的出现，电压互感器三相阻抗严重不平衡，造成电压互感器开口三角形绕组电压升高过高导致电压互感器烧毁。

（5）电压互感器本身所处环境的散热条件较差，环境温度高。

（6）流过电压互感器一次绕组的零序电流增大，该零序电流发作的热效应将使电压互感器的绝缘损坏爆裂。

（7）中性点不接系统发生接地时，电网的对地电容电流、电网三相不平衡中性点位移电压电流，通过电压互感器中性点接地形成回路，容易导致铁磁谐振和谐波振荡过电压，使电压互感器的励磁电流增加数倍，使电压互感器严重过热绝缘崩塌开裂烧毁。

（8）电压互感器绕组匝间和相间短路时，部分绕组阻抗下降电流增加，磁量严重不平衡，电磁互感影响严重，局部绕组或铁芯严重发热绝缘损坏导致电压互感器鼓包崩烧。

3 35 kV GIS开关柜电压互感器崩烧原因分析

3.1故障录波分析

如图1通过故障录波初步分析原因为35 kV E单元I段电压互感器柜A相电压互感器一次侧发生接地故障（该故障不稳定，期间发生两次返回），约100 ms后引发相邻的B相短路接地，造成35 kV E单元I段母线及与其相连的A单元II段母线电压瞬间大幅下降，约600 ms热油一线联络线开关柜361、367开关零序保护动作，361、367开关跳闸，切除与主变相关故障点，A单元II段母线恢复正常供电。

3.2 35 kV GIS开关柜厂家综合分析

3.2.1故障35 kV GIS电压互感器开关柜解体检查

（1）电压互感器插头和母线室插座存在一定的横向应力（连接短电缆为非完全柔性）。

（2）A相电压互感器本体破裂（如图3）、烧蚀严重（如图2），内部线圈破损裸露，电压互感器插头断裂在转接插座内部，插头外层硅橡胶完好且与转接插座仍处于可靠连接。经测试，A相转接插座绝缘电阻为67.1 GΩ，未发生击穿。

（3）A相电压互感器烧毁最严重的部位位于电压互感器插头根部，电压互感器本体环氧碎裂但碎片上未见明显烧蚀，插头法兰安装孔处有多条纵向延展的裂纹，法兰固定螺栓烧熔。

（4）I母B相电压互感器插头沿根部断裂，部分插头断裂在插座内部，电压互感器本体未发现开裂。

（5）与气室的电缆插头及插座内部未发现放电烧蚀痕迹，且绝缘良好。与电压互感器连接的电缆头根部护套有相间（A、B相）放电的痕迹。

（6）I、II段母线室三相电缆插座未受事故影响，内部未发现异常，母线室气压正常。

（7）其他電压互感器受事故影响外观有不同损毁，但未发现放电及本体开裂现象。

3.2.2原因分析

（1）根据现场调查、故障录波及厂内实物拆解分析：A相发生两次间歇性放电故障，电压互感器二次侧电压仍在正常83.7 V（峰值）范围内，A相对地短路后，B、C相电压同时升为线电压138.8 V（峰值）和144.6 V（峰值），录波电压波形及幅值符合单相接地故障理论值。由此可判断系统之前间歇性接地故障并非来自于电压互感器绕组匝间击穿或一次侧对二次侧击穿（此类故障一旦出现不可复归），故而排除电压互感器本身绕组问题引发故障的可能性[2]。

（2）两个母线室气压正常，电缆插座完好，连接母线室和转接插座的电缆头无放电痕迹，转接插座内部未发现放电击穿痕迹，根据结果由此可判断母线室至转接插座之间的位置非故障起始点。

（3）根据系统录波及电压互感器受损情况判断，故障起始点位于A相电压互感器法兰安装孔处，B相电压互感器损坏是受到A相电压互感器事故的影响，使B相电压互感器插头在外力作用下发生断裂，进而引发A、B相间短路，但断裂处未发现放电痕迹。

（4）电缆和转接插座对电压互感器产生横向应力，作用在断裂处未发现放电痕迹，插头上的薄弱点即法兰安装孔处，可能导致安装孔嵌件周围的环氧层开裂，进而导致A相对地击穿。

结合故障现象及以上分析，对这起断裂处未发现放电痕迹，柜电压器互感器崩烧故障分析判断如下：35 I母A相断裂处未发现放电痕迹，首先发生裂痕导致A相对地击穿，多次间歇性接地后裂痕进一步扩大，直至A相完全接地短路，断裂处未发现放电痕迹，烧毁，进而引发A、B相相间短路。故障起因可能为连接断裂处未发现放电痕迹，的电缆长期存在的横向内应力作用于断裂处未发现放电痕迹，上法兰安装孔处，导致断裂处未发现放电痕迹，插接头的环氧层开裂，进而发展为单相接地故障。从事件报告中可知最初的接地故障是非持续性的，由于断裂处未发现放电痕迹，本体表面喷有铝涂层，在接地故障过程中将裂纹周围的铝涂层烧蚀后接地故障恢复;在裂纹进一步扩展之后再次出现单相接地故障，再次烧蚀周围区域的铝涂层后故障再次恢复;在系统第三次出现接地故障后，A相断裂处未发现放电痕迹，在故障冲击下烧毁，B相断裂处未发现放电痕迹，在故障产生的外力作用下插头发生断裂，进而导致A、B相间短路，直至故障母线被切除，故障持续时间约600 ms。

4 35 kV GIS开关柜电压互感器升级改造方案

（1）针对现场其他相同柜型做在线局放检测，进行定期测量。

（2）新开关柜柜宽由600 mm增加至800 mm，三相电压互感器不再使用电缆连接，改为其直接连接方式。

（3）此种设计电压互感器连接方式，虽然故障电压互感器连接断裂处未发现放电痕迹，通过短电缆与母线直接连接，标配生产，出现故障机率低。但受影响因数较多，当制作工艺偏差，安装工艺不到位，运行环境恶化，都可能影响电压互感器安全运行，且同一段母线的两组电压互感器设计在一个开关柜内，当发生其中一组电压互感器崩烧时严重影响另一组电压互感器安全运行。电压互感器及连接电缆发生故障时不能及时切除故障，甚至扩大故障范围。需要定期对电压互感器柜电压互感器进行漏电检查，维护量大。

（4）根据分析结果对35 kV GIS电压互感器开关柜进行升级改造，将35 kV GIS电压互感器开关柜连接回路进行升级，增设电压互感器开关柜开关，增设电压互感器开关柜开关保护。电压互感器柜内实现电压互感器通过熔断器与避雷器并联，在通过连接电缆、电压互感器开关与35 kV母线连接。电压互感器和避雷器均设计为可插拔式，直接插接在气室上，连接方式简单可靠，确保可安全便利地对电压互感器及避雷器进行检修，母线设置母线保护。有效地解决了原设计的家族性缺陷。

5结语

经过对35 kV电压互感器柜电压互感器崩烧事故分析，主要还是短连接电缆长时间受横向应力作用破坏设备绝缘导致的设备事故。其中有盲目相信设备可靠性，维护上有欠缺。对任何设备都需要从根本上做好设备的验收和定期维护工作。及时发现和了解设备设计家族性缺陷。及时与生产厂家技术人员沟通，根据需求进行设备升级换代改造，加强设备定期维护检查，杜绝类似设备故障的发生。

參考文献

[1]王世祥.电压互感器现场验收及运行维护[M].北京：中国水利水电出版社，2015.

[2]邓长柏.PT柜故障调查分析报告[R]厦门：1YHD000000A2896，2020.

Cause Analysis and Upgrading of 35 kV GIS Voltage Transformer Burst

WU Hualun

（Petro China Sichuan Petrochemical Co.，Ltd.，Pengzhou Sichuan 611930）

Abstract：Introduction to the ZX2 gas insulated double busbar combined voltage transformer cabinet structure of 35 kV substation and the operation mode before the accident. Field description of busbar voltage transformer cabinet in section E of 35 kV substation，analysis of the cause of voltage transformer collapse，analysis of voltage parameter change of 220 kV and 35 kV during collapse，analysis of on-site damage of voltage transformer cabinet，and the breakdown of voltage transformer cabinets one by one. Each part of the equipment was dissected and analyzed，and the specific reasons for the explosion accident of the busbar voltage transformer cabinet I of the 35 kV substation E section bus voltage transformer cabinet I collapsed and damaged the cabinet body were found. Based on the analysis results of the breakdown of voltage transformers and transformers in the E section of the 35 kV substation and the existing defects，preventive measures and optimization upgrades were proposed to completely solve the faults and defects of the voltage transformer cabinets，which solved the defects of similar 35 kV voltage transformer switch cabinets. The prevention of accidents provides a reliable reference，and also provides applicable examples for the upgrading and transformation of similar equipment，prolongs and guarantees the service life of similar equipment，maximizes the benefits of similar equipment，and saves a lot of investment.

Keywords：35 kV switchgear;voltage transformer;cable;grounding;collapse;PT plug;fuse;transformation