一起500 kV变电站66 kV母线铁磁谐振故障分析

王昭斐，刘洋，马逊，夏博雅，徐成西，南洋

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台100071）

关键字：母线；铁磁谐振；消谐；TV

目前较多城市内500 kV站66 kV设备主要带无功设备[1-2]，中性点不接地系统，在空充母线等系统参数发生变化时容易发生铁磁谐振现象[3-4]，进而造成异常范围扩大甚至发生故障的情况。

本文通过一次母线铁磁谐振导致的故障分析，研究铁磁谐振故障的原因及机理，并在最后提出抑制TV铁磁谐振的方案及运行人员安全保护的方案。

1 异常情况

故障当月24日1:00列缺，某500 kV站1#变投运操作过程中，66 kV 1#母线带611电抗器、603站用变合601开关时，1#变差动保护、后备保护、低压侧过流保护动作造成601开关跳闸，提取保护装置动作报告显示均为低压侧后备保护动作跳601开关。

故录报告显示2套装置启动跳闸正确，原因为66 kV母线发生三相故障，最大瞬时电流60 kA（A相：16 A，B相：18 A，C相：14 A）。

随后伴发“66 kV 1#母线TV间隔气室SF6压力降低报警”“614其他气室SF6压力降低报警”动作信号，工业电视检查发现66 kV 1#GIS室有爆炸现象。

该500 kV站66 kV设备61-9间隔为2007年出厂，2008年投运。

2 现场检查处理

2.1 运行人员检查情况

23日23:22 运维人员合上601开关后，检查66 kV 1#、2#母线电压均不正常，1#母线相电压显示A相33 kV，B相34 kV，C相33 kV，线电压数值显示6～9 kV跳动，1段母线U0为95.75 V。检查601开关主变侧带电显示器A、C相红灯亮，怀疑为谐振，申请拉开601开关。运维人员投入1#站用变603后，用601带603间隔消谐。

24日00:54 ，1#主变两套后备保护动作跳开601开关，监控机发“614其他气室SF6压力低报警”，“66 kV 1#母线TV间隔SF6压力低报警”。

24日01:10 ，通风15 min后，运维人员佩戴正压式呼吸器检查，发现61-71刀闸附近66 kV 1号母线TV间隔波纹管及母线仓波纹管损坏。

2.2 现场一次设备检查情况

检修人员到站检查，601断路器处于分位，66 kV 1号母线61-71仓、61-9刀闸仓、61-9 TV仓气体压力回零，61-71仓两侧绝缘盆子及波纹管裂开，可见内部导体，A相导体屏蔽罩有明显放电痕迹；61-9 TV间隔61-9刀闸仓两侧绝缘盆子碎裂；现场地面可见部分碎裂绝缘盆子，61-9 TV间隔仓体外壳及61-71机构箱有拉弧灼烧痕迹。

经现场检查，初步怀疑61-71仓室A相导体屏蔽罩为第一放电点。

2.3 保护动作情况

24日00:53 :08.479，66 kV 1#母线发生B相接地，24日00:54:18.859，发展为三相短路故障，流经601的电流约为29.481 kA（过流I段定值4.9 kA，0.9 s），经903 ms，1号变压器RCS978低后备过流I段保护动作；经902 ms，1号变压器PST1200低后备过流I段保护动作，跳开601开关。

3 设备解体分析

29日现场开展故障间隔拆解工作，拆解过程中发现61-91仓内导体扭曲，受力明显，连接61-91仓与613-1仓盆子导体断裂，断裂导体断面较粗糙，怀疑内部原有气隙，61-91仓与61-9仓盆子连接导体从槽内脱落，如图1所示，部分螺栓存在高温熔焊情况无法直接拆解，须电锯分解。

图1 61-71仓内破碎绝缘盆子堆积

61-9TV仓内电压互感器线圈烧毁，如图2所示，仓内迹象显示内部发生燃弧，故障产生的高压气体及破碎绝缘盆子由61-9TV仓向61-9刀闸仓方向喷射；61-9TV仓、61-9刀闸仓、61-71仓、614-1母线刀闸仓内导体、绝缘盆子、波纹管等严重破损。

图2 61-9 TV线圈烧毁

经分析确定61-9TV仓内电压互感器为故障起始点。

4 结论与分析

由于该500 kV站66 kV 1#母线电压互感器励磁性能较差，24日操作过程中，空充母线时TV线圈磁饱和导致感抗降低与系统容抗匹配产生谐振，谐振过程持续时间较长，TV持续发热导致B相线圈烧毁率先接地，约70 s后发展为三相短路，短路过程产生的高压气体通过61障9TV仓向61障71母线仓喷射，直至击破61-71母线仓与614-1母线仓间波纹管。

通过现场检查、故障录波分析和解体分析，确定本次故障原因是由于61障9TV仓内三相短路拉弧，高压气体击碎本仓绝缘盆子，导致多个仓体导体移位、绝缘盆子破碎致使故障范围进一步扩大直至601断路器分闸隔离故障区域。

5 消谐方案及运行建议

电力系统消谐方法一般从以下几个方面进研究：改变电力系统电感、电容元件参数，使它们不具备谐振条件，快速消耗谐振能量，降低谐振过电压、过电流的倍数[5-7]；合理地分配有功负荷，一般在轻载或空载条件下易发生谐振。针对此次问题，对该500 kV站66 kV TV一次侧中性点安装消谐电阻，通过非线性电阻既不影响设备正常运行，同时在谐振时完成能量释放，迅速抑制谐振。

同时可以在消谐电阻与中性点间连接线安装消谐报警装置，通过高精度罗氏线圈测量不平衡电流，在发生谐振时当地及站端报警，及时提醒运行人员，避免人身伤害。