10kV不接地系统两相故障导致电压互感器避雷器爆炸事故分析

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广西电网公司柳州供电局的研讨职员万寿雄，在2021年第11期《电气技术》上撰文，联合现场现实环境和故障录波波形对一路10kV线路两相故障导致10kV母线电压互感器避雷器爆炸的事故进行周全阐发。阐发注解，造成避雷器爆炸的主要缘故原由是铁磁谐振及低频饱和电流，此中铁磁谐振造成的过电压是正常运行时的3.3倍。末了，本文提出响应的处置方法及改良步伐，以削减由此造成的经济损失。

我国10kV配电网体系中性点接处所式主要有中性点不接地和经消弧线圈接地。此种体系供电靠得住性较高，产生单相接地故障时，体系能连续运行2h。因为非故障相电压升高至线电压，容易产生幅值较高的弧光接地过电压。

一样平常环境下，10kV母线电压互感器（potential transformer, PT）必要将中性点直接接地，当体系产生空载母线合闸、单相接地故障消散或者负荷激烈变化等环境时，PT励磁电感可能与体系对地电容形成谐振，激发过电压，造成体系过电压或PT高压绕组过电流，从而影响装备正常运行，乃至会导致装备销毁。

以前，10kV配电体系多采纳架空线路，对地电容较小，易与PT电感匹配形成铁磁谐振。跟着城市的成长，高压电缆被年夜量使用，体系对地电容避开了铁磁谐振区，然则PT故障仍旧存在，必要作进一步阐发。

本文针对某地域220kV月山站10kV母线PT避雷器爆炸事故，联合故障波形进行具体阐发，并提出合理的改善步伐，以低落故障产生率。

1 体系图及开关动作环境

220kV月山站10kV低压侧体系一次接线如图1所示。220kV月山站1号主变、2号主变及三侧开关正常运行，10kV 1M、2M排列运行。掩护动作环境为220kV月山站1号主变第二套低后备掩护动作，跳开1号主变10kV侧901开关，造成10kV 1M失压。各开关掩护定值及开关动作环境见表1。

图1 220kV月山站10kV低压侧体系一次接线

表1 各开关掩护定值及开关动作环境

2 装备反省及实验

2.1 一次装备反省

220kV月山站1号主变第二套低后备掩护动作，跳开1号主变10kV侧901开关，10kV 1M其他线路距离开关在合位，各线路距离掩护仅启动不动作，且伴有母线接地软报文；10kV电容器C1因为10kV母线失电压，电容器低电压掩护动作，跳开C1开关。

检修班组与值班员反省10kV高压室各线路距离均正常，仅有10kV 1M PT091小车柜前柜及相邻开关柜存在故障后熏黑征象，小车柜后柜有故障时过热的陈迹，此中10kV 1M PT091小车柜后下柜销毁环境严重。故障前后小车柜对照如图2所示。

打开10kV 1M PT091小车柜后下柜门发现，后下柜内的装备都有分歧水平的受损环境，柜内避雷器、PT、PT熔断器受到故障冲击影响，外面均已被玄色金属粉尘笼罩，如图2（b）所示。此中，柜内10kV 1M B相避雷器外观有爆裂陈迹，如图3所示。

图2 故障前后小车柜对照

图3 故障后三相避雷器

PT外观无显著爆裂，PT二次电缆已全体销毁，10kV 1M PT091小车母线室内母线外表存在被后下柜装备产生事故时由泄压通道开释的金属粉尘熏黑征象。

2.2 一次装备实验

将10kV PT柜上柜母线外面清算清洁后，实验班进行10kV 1M母线绝缘电阻测试，实验数据无非常，10kV 1M母线绝缘及格。对10kV 1M PT绕组进行直流电阻、电压比、耐压实验，数据无非常，实验及格；一次对二次及地绝缘电阻正常。对10kV 1M避雷器反省实验成果注解：除10kV 1M避雷器B相绝缘击穿毁坏，A、C相避雷器实验及格。

3 故障阐发及应对步伐

3.1 故障波形阐发

联合监控后台机及掩护装配的动作报文，画出掩护动作时序，如图4所示。相间故障波形如图5所示。

图4 掩护动作时序

图5 相间故障波形

2019年1月15日05:06:13.208.5ms，由图5可知，10kV年夜桥线907（CT电流比：800/5）存在短时A、B相间短路，反映到1号主变10kV低压侧征象为A、B两相电流相位相反。从波形中可以看出1号主变低压侧电流二次值为2.2A(电流比：4000/5)，折算到907线路电流二次值为17.6A（Ⅱ段定值：15A，光阴0.3s），到达了Ⅱ段定值，然则连续光阴不敷0.3s。故掩护不动作，仅启动。

电磁式电压互感器低压侧的负荷很小，靠近空载，高压侧有很高的励磁阻抗。因为线路故障敏捷规复，激发电能、磁能的振荡，在故障消散后，它与导线对地电容或者其他装备的杂散电容之间形成特殊的三相和单相谐振回路，在电磁振荡的激励下极易发生磁饱和，暂态励磁电流急剧增年夜，电感值 降落，从而激发铁磁谐振。

电网中产生最多的环境为两相因严重饱和而致导纳成感性，另一相呈容性，其电路如图6所示。从相量图看来，谐振使中性点电压产生了严重的偏移，从而导致两相电压增年夜，零序电压增年夜。中性点偏移原理如图7所示。

图6 电路图

图7 中性点偏移原理

经反省，一次熔断丝并未熔断，非分次谐波谐振。从图8中性点偏移相量图和图9线电压和相电压波形看来，三相对地电压表示为两相高、一相低，线电压正常；此中A相电压二次值为55.83V，B相电压二次值为152.237V，C相电压二次值为131.481V。AB、BC、CA线电压二次值均为105.37V，线电压正常。

正常环境下，相电压二次值为57.7V，B相过电压为2.634倍相电压，C相过电压为2.279倍相电压，零序电压二次电压值为195.773V（PT电压比为10/0.1），折算到一次侧中性点电压为1 957.73V（正常时电压仅为30V）。

因为中性点的偏移，零序电压急剧增年夜，导致在此光阴内伴有接地旌旗灯号，即虚伪接地征象，此为基波谐振的紧张特性。从监控后台机报文看来，10kV 1M各距离均发出母线接地旌旗灯号，但现实上母线并没有接地。

在图10所示线电压和相电压波形中05:06:16 688ms至05:06:16 988ms及图11所示线电压和相电压波形中05:06:17 629ms至05:06:18 340ms这两个光阴段内，A相电压二次幅值为99.182V，B相电压二次幅值为189.927V，C相电压二次幅值为180.923V。

AB、BC、CA线电压的二次幅值均为108.37V，线电压波形与之前相比，有必定水平畸变。正常环境下，相电压二次值为57.7V，A相过电压为1.72倍相电压，B相过电压为3.3倍相电压，C相过电压为3.14倍相电压，零序电压二次电压值为216.628V（PT电压比为10/0.1），折算到一次侧中性点电压为2 166.28V（正常时电压仅为30V）。谐振比之前加倍严重。

由图12 PT波形可知，05:06:18 68ms，谐振停止，谐振光阴连续4 818.4ms，连续过电压使B相避雷器阀片劣化速率加速，导致B相避雷器爆炸，进而蜕变成B相金属性接地，B相电压低落至0，A、C相电压升高为线电压。由1号主变低后备掩护动作波形图13可知，直至05:08:12.387.2ms，故障成长为三相故障。

三相故障时，三相电压靠近于0，电流二次值为23A，到达1号主变低后备掩护动作定值（过电流Ⅰ段2时限制值：11A，光阴：1.2s）。经1 208.6ms，1号主变第一、二套掩护动作出口跳开901开关。

图8 中性点偏移相量图

图9 线电压及相电压波形1

图10 线电压及相电压波形2

图11 线电压及相电压波形3

图12 PT波形

图13 1号主变低后备掩护动作波形

3.2 故障结论

联合故障录波装配波形及监控后台信息做失事故光阴线，如图14所示。

图14 事故光阴线

1）2019年1月15日05:06:13.208.5ms，10kV年夜桥线907产生AB相间故障，故障连续光阴约48ms，因为光阴未到达定值，10kV年夜桥线907线路掩护装配仅启动不动作。

2）在故障消散后，电压互感器与导线对地电容或者其他装备的杂散电容之间形成特殊的三相和单相谐振回路，在电磁振荡的激励下极易发生磁饱和，暂态励磁电流急剧增年夜，电感值降落，从而激发铁磁谐振。固然谐振光阴仅连续了4 818.4ms，但后半段谐振过电压幅值很高，连续过高的谐振过电压使B相避雷器阀片劣化速率加速，终极导致B相避雷器产生爆炸。

3）因为PT计量绕组为0.2级，其饱和电压较小，在产生谐振时，该绕组发生较年夜的故障电流，导致计量PT空开先跳闸。

4）B相避雷器爆炸后酿成B相金属性接地，B相避雷器爆炸后发生的烟雾、粉尘使PT柜内空断气缘低落，在线电压的作用下成长成三相短路故障，电流值和光阴均到达1号主变低后备掩护过电流Ⅰ段1时限和2时限动作前提，1号主变第二套掩护动作跳开901开关，掩护动作正确。

3.3 应对步伐

为了克制谐振过电压和稳固体系的中性点电压，在10kV母线PT二次启齿三角处接入消谐装配，但此种方式不克不及克制基频或分频谐振，当XC/XL 0.01时也不克不及很好克制过电流，易销毁PT或使一次高压熔断器熔断[10-11]。为避免相似问题产生，可以采纳如下步伐：

1）调整220kV月山站10kV出线运行方式，尽可能投入线路，增长体系对地电容，破坏谐振产生前提。

2）使用一次消谐装配，若再次产生谐振，则调换为电容式PT，从基本上打消产生谐振的根基。

4 结论

从以上阐发可知，10kV出线两相瞬时故障，导致PT与导线对地电容之间形成谐振回路，致使PT一次侧过电流，铁磁谐振过电压造成相电压升高，导致B相避雷器击穿。为防止谐振再次产生，对10kV体系加装了消弧线圈。同时，调剂调整体系运行方式，只管即便削减热备用线路运行，低落电感与电容匹配水平，破坏谐振发生的前提。经两年多的运行，未产生谐振征象。

本文编自2021年第11期《电气技术》，论文题目为“10kV不接地体系两相故障导致电压互感器避雷器爆炸事故阐发”，作者为万寿雄。

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