電壓互感器爆裂原因剖析及防范措施

　　針對(duì)二灘電廠6kV系統(tǒng)電壓互感器自投產(chǎn)以來(lái)頻繁損壞的現(xiàn)象，簡(jiǎn)要闡述電磁諧振產(chǎn)生的原因、危害及防范措施，同時(shí)也提出針對(duì)此類故障應(yīng)從哪些方面入手的意見(jiàn)，希望能對(duì)一些單位有所借鑒。關(guān)鍵詞：6kVPT;爆裂原因;剖析;防范措施在6～35kV的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等設(shè)備鐵心電感的磁路飽和作用，激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的較高幅值的鐵磁諧振過(guò)電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振。這種諧振產(chǎn)生的過(guò)電壓的幅值雖然不高，但因過(guò)電壓頻率往往遠(yuǎn)低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，其表現(xiàn)形式可能是相對(duì)地電壓升高，勵(lì)磁電流過(guò)大，或以低頻擺動(dòng)，引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示。嚴(yán)重時(shí)還可能誘發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作或在電壓互感器中出現(xiàn)過(guò)電流引起PT燒壞。1故障現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)6kV系統(tǒng)共有八段，采用的是上海華通開關(guān)廠生產(chǎn)的電氣組合柜，該廠設(shè)備自投產(chǎn)以來(lái)，主部件未發(fā)生大的缺陷，但其輔助測(cè)量PT發(fā)生了8臺(tái)次損壞，現(xiàn)象表現(xiàn)為本體炸裂、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出故障，致使6kV系統(tǒng)的相關(guān)保護(hù)不能投運(yùn)，部分自動(dòng)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這給廠用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。2故障原因初探根據(jù)故障現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)初步判斷，估計(jì)是由于下述的幾個(gè)原因所致。1)產(chǎn)品質(zhì)量不好：如果由于產(chǎn)品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過(guò)關(guān)等，均可能致使電壓互感器發(fā)熱過(guò)量使絕緣長(zhǎng)期處于高溫下運(yùn)行，從而導(dǎo)致絕緣加速老化，出現(xiàn)擊穿。該類型的電壓互感器一次側(cè)繞組發(fā)生匝間短路，這樣電流會(huì)迅速增大，鐵磁也將迅速飽和從而導(dǎo)致諧振過(guò)電壓，使絕緣擊穿，高壓熔斷器被熔斷。2)電壓互感器二次負(fù)荷偏重，一、二次電流較大，使二次側(cè)負(fù)載電流的總和超過(guò)額定值，造成PT內(nèi)部繞組發(fā)熱增加，尤其是在電壓高于PT額定電壓(6kV)情況下，PT內(nèi)部發(fā)熱更加嚴(yán)重;再者，該系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，故一次側(cè)電壓在運(yùn)行中容易發(fā)生偏斜，當(dāng)某相出現(xiàn)高電壓時(shí)，該相PT更加容易發(fā)生熱膨脹爆裂。編號(hào)電壓互感器型號(hào)現(xiàn)象備注601VKI7.2C相爆裂，引起匝間短路更換為JDZX8-6型電壓互感器后，投運(yùn)不到兩天時(shí)間，又發(fā)生B相爆裂，引起匝間短路603VKI7.2A相爆裂，引起匝間短路604VKI7.2A相爆裂，引起匝間短路606VKI7.2A、C相爆裂，引起匝間短路607VKI7.2A、C相爆裂，引起匝間短路主要技術(shù)參數(shù)：變比600/根號(hào)3/100根號(hào)3/100/3，額定容量90/100VA，上?；ジ衅鲝S注：1)VKI7.2型電壓互感器為引進(jìn)型，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品型號(hào)為JDZX8-6;6kVⅠ段至Ⅷ段各有一組(3臺(tái))變比為6000/3/100/3/100/3的互感器，2)工藝為樹脂澆注式半絕緣，一次中性點(diǎn)的耐受為3kV(出廠值)。3)由于鐵磁諧振而造成電壓互感器被擊穿，因?yàn)椋罕粨舸┑碾妷夯ジ衅魉幍哪妇€帶的負(fù)荷呈感性的比較多，特別是Ⅲ、Ⅳ段，帶有大容量的深井泵，在負(fù)荷分配上其感抗大于容抗，由于某種原因，而使系統(tǒng)電壓波動(dòng)(如深井泵頻繁啟停等)，使電路中電流和電壓發(fā)生突變，可能導(dǎo)致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當(dāng)感抗小于容抗時(shí)，將產(chǎn)生鐵磁諧振，導(dǎo)致電壓互感器激磁電流增大幾十倍，而過(guò)電壓幅值將達(dá)到近2.5Ue，甚至于達(dá)到3.5Ue以上，而且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電壓互感器在這樣大電壓、大電流下運(yùn)行，使本身的溫度也迅速升高，導(dǎo)致?lián)p壞。根據(jù)上述的分析，為此組織QC小組對(duì)其原因進(jìn)行分析，同時(shí)派人外出調(diào)研，調(diào)研結(jié)果表明：(1)應(yīng)不存在產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，原因是該互感器在華東地區(qū)廣泛采用，從收集的資料上看，該廠產(chǎn)品的業(yè)績(jī)是良好的，雖然在某些地方也曾出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，但象二灘電廠這樣大量的損壞是沒(méi)有的。(2)懷疑電壓互感器二次負(fù)荷偏重導(dǎo)致PT損壞的理由也不成立，原因是該P(yáng)T0.5級(jí)二次繞組額定容量為90VA，在1998年11月16日，測(cè)量了604PT二次側(cè)星形接線負(fù)荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投)，測(cè)得Ia=0.61A，Ib=1.05A，Ic=0.605A，測(cè)得星形接線負(fù)荷容量：Sa=35.2VA，Sb=60.6VA，Sc=35VA，PT總輸出容量為105.6VA;次日，測(cè)量601PT二次側(cè)星形接線負(fù)荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投，有一塊電度表未裝)，測(cè)得Ia=0.4A，Ib=0.7A，Ic=0.4A，測(cè)得星形接線負(fù)荷容量：Sa=23.09VA，Sb=40.04VA，Sc=23.09VA，PT總輸出容量為69.28VA。通過(guò)實(shí)際測(cè)量結(jié)果分析，除604PT有一相超出額定值外，其余均在額定值范圍內(nèi)，同時(shí)，按照PT的容量為一個(gè)數(shù)列，一般50VA就能滿足使用，所以說(shuō)90VA的容量應(yīng)該是足夠大的。因此，二灘大量的PT損壞原因應(yīng)該為電磁諧振所致。3鐵磁諧振的幾個(gè)特點(diǎn)1)對(duì)于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢(shì)作用下回路可能不只一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)要看外界沖擊引起的過(guò)渡過(guò)程的情況。2)PT的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應(yīng)本身也限制了過(guò)電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過(guò)電壓受到阻尼和限制。當(dāng)回路電阻大于一定的數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的鐵磁諧振過(guò)電壓。3)串聯(lián)諧振電路來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓的的必要條件是ω0=1/L0C<ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內(nèi)發(fā)生。4)維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其它諧振頻率的能量，其轉(zhuǎn)化過(guò)程必須是周期性且有節(jié)律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。5)鐵磁諧振對(duì)PT的損壞。電磁諧振(分頻)一般應(yīng)具備如下三個(gè)條件。①鐵磁式電壓互感器(PT)的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。②PT感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。③要有激發(fā)條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓等。據(jù)試驗(yàn)分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會(huì)危及設(shè)備的安全，而6kV系統(tǒng)存在上述條件。4鐵磁諧振的常用消除辦法根據(jù)以上分析配電系統(tǒng)鐵磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。通常的解決辦法有：1)PT一次的中性點(diǎn)加裝阻尼電阻。該方法在已廣泛采用，生產(chǎn)定型產(chǎn)品的廠家比較多，在實(shí)際運(yùn)用中都取得了滿意的效果。如西安電瓷廠生產(chǎn)的RXQ系列消諧器，該消諧器串接于PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間，內(nèi)部材料為大容量的非線性碳化硅電阻片及散熱片等串聯(lián)組裝于瓷套內(nèi)而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值(可達(dá)幾百千歐)使諧振在起始階段不易發(fā)展，單相接地時(shí)，消諧器上出現(xiàn)千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護(hù)的工作。2)在PT開口三角側(cè)并聯(lián)固定(或可變)阻尼，一些要求不太高的變電所或配電。