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摘要：由于系统铁磁谐振过电压所引发的电磁式电压互感器(以下简称PT)一次侧熔断器熔断的问题，通过故障统计并结合电压互感器的等值电路进行详细分析，得出了在电力系统发生电压互感器铁心深度饱和激发铁磁谐振，严重时甚至导致PT爆炸，严重威胁电网的安全运行。本文对一起35kV系统电磁式电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振过电压，造成互感器爆炸，高压熔断器烧毁事故的原因进行分析，提出了防范措施。
关键词：电压互感器铁磁谐振过电压
1.前言
电力系统中存在着许多电感元件和电容元件，对于配网系统来说，如变压器，互感器，消弧线圈，电抗器等均属于电感元件，而线路导线对地电容，相间电容以及高压设备的杂散电容等都属于电容元件。由于电压互感器属铁芯电感元件，正常情况下，电感，电容参数的配合远离谐振区，不会发生铁磁谐振，而当系统中发生某种扰动(如操作冲击，雷电等产生涌流)时，电压互感器的非线性铁芯就可能磁饱和，使得感抗迅速下降，当系统的容抗和电压互感器感抗相等或接近时，就容易发生铁磁谐振，产生谐振过电压。铁磁谐振的危害是铁芯磁通密度增大，激磁电流大大增加，绕组过热，而且持续时间长，可能维持数分钟以上，对电气设备绝缘构成严重威胁，可能引起电压互感器熔丝熔断，喷油，绕组烧毁甚至爆炸等事故。
另外，当这种过电压发生时，还会出现虚接地现象，其实电网并没有真正接地。特别是在6~35kV中性点绝缘的配电网系统中，由于电磁式电压互感器引起的铁磁谐振事故较为频繁，是造成事故最多的一种内部过电压。试验研究表明，当谐振发生时，中性点出现显著的位移，此时相电压将发生变化，而线电压却保持不变，因此，可以判定铁磁谐振过电压具有零序分量的性质。所以，系统中性点绝缘是发生铁磁谐振的必要条件，因为只有电源中性点对地绝缘才有可能发生中性点位移，对于中性点经消弧线圈接地或中性点直接接地系统，只有当消弧线圈脱离运行或直接接地的中性点断开而变成中性点绝缘系统时才有可能发生这种过电压。
2.故障情况
某变电站发"35kVⅡ段母线B相接地"信号，断开接于35kVⅡ段母线上的所有出线间隔后，35kVⅡ段母线接地信号依然存在。15时31分，#2主变差速保护动作，跳开2110kV侧112断路器，35kV 侧302断路器，10kV侧002断路器。随即该站35kV 备自投装置动作，合上35kV 母联312断路器；10kV备自投装置动作，合上10kV母联012断路器，15时31分，#2主变35kV侧后备保护装置动作。现场检查发现：35kVⅡ段母线B相电压互感器爆炸，高压熔断器烧毁，#2主变302断路器C相电流互感器烧损。电压互感器的型号为JZWX35，半年前曾进行过预防性试验，试验未发现异常，励磁特性曲线在1.9Un(Un为额定相电压)下无明显饱和趋势，三相励磁特性基本一致。
3.电压互感器爆炸原因
图1，2所示为事故过程中两个重要时间点的故障录波图。由于事故发生时当地处于雷雨天气下，从图中可以看出，在14时38分左右，由于线路遭受雷击，B，C相发生了短暂的弧光接地，A相电压升高，由于接地时间较短，持续了约2.5个工频周期，保护装置未动作。接地消除后，在A，B，C三相电压恢复的过程中，线路的对地容抗与电压互感器励磁感抗参数达到铁磁谐振的条件，发生铁磁谐振，导致三相电压升高至约2倍相电压，由于无消谐装置投人，三相保持谐振状态。在此谐振电压下，电压互感器的励磁电流迅速增大，铁芯迅速饱和，导致绕组严重发热。谐振持续到14时40分左右时，B相因严重饱和，导致一次励磁电流过大，绝缘发生烧损，一次绕组发生匝间短路，熔断器熔断，B相电压继续维持谐振。判断B相有接地，于是将35kVⅡ段母线上运行的35kV出线轮流停电进行查找，信号均未消失。
根据图1可知，在14时38分谐振发生后，35kVⅡ段母线三相电压同时升高为2倍相电压左右，周期增大1倍，频率降低到工频的一半，开口三角电压为86.9V，这是1/2分次谐波谐振所具有的典型特征。可以判定系统发生了1/2分次谐波谐振。由于在三相电源的电势中不含1/2次谐波，但在发生谐振过电压时的波形中，相对地电压中却含有1/2次谐振分量，说明1/2分次谐波谐振电压是零序性质的，只存在于电源的中性点位移电压中。
在电压互感器发生铁磁谐振时，由于铁芯严重饱和，一方面限制了过电压的增长，1/2分次谐波谐振过电压幅值通常不超过2；另一方面也正是由于铁芯的严重饱和，使得励磁感抗急剧下降，高压线圈中流过极大的过电流，导致互感器高压熔丝熔断，严重时会引起互感器爆炸事故。谐振发生后，由于电压互感器一次侧中性点及二次辅助绕组开口三角端均未安装消谐装置，事故发生时消弧线圈也未投入运行，不能及时消除谐振，因此谐振长时间维持(B相持续了2分钟左右，而A，C近持续了53分钟之久)，最终导致互感器爆炸，高压熔断器烧毁。
#2主变302断路器C相电流互感器在谐振持续期间一直承受着谐振过电压，C相由于内部存在缺陷，发生较强的局部放电，而且时间较长，绝缘迅速下降，到15时31分，C相一次绕组与二次绕组之间的绝缘发生击穿，高压串入二次回路的接地端，导致电流互感器烧损，同时相关保护动作，
5.结束语
这是一起由于电磁式电压互感器铁芯饱和引起的1/2分次谐波谐振事故，由于系统中未安装限制谐振的消谐装置，消弧线圈也未投入运行，谐振未能及时消除，过电压长时间维持，导致设备绝缘降低，最终发生互感器爆炸，高压熔断器烧毁事故。为了预防此类事故重复发生，根据配网系统实际情况，建议采取以下防范措施：1)将35kV母线电压互感器更换为电容式电压互感器以降低发生铁磁谐振的几率。2)如继续使用电磁式电压互感器，应在电压互感器中性点加装消谐装置，破坏谐振维持条件。3)将消弧线圈投入运行，补偿电容电流，使故障时的系统参数远离谐振区。4)加强干式互感器的局部放电试验检查，对新安装的于式互感器进行局部放电试验，对运行中怀疑存在绝缘缺陷的进行全面检查，保证互感器绝缘良好。
参考文献：
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[2]张乃群，陈军。35kV电压互感器和消谐器的绝缘配合[J]。中国设备管理，2016。
[3]董振亚。电力系统的过电压保护[M]北京：中国电力出版社。2017。
论文作者:赵勇,李鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/25
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