一起间歇性电弧接地引发铁磁谐振烧毁PT事故分析及处理

【摘要】从机理上对电网运行中遇到的一起因过压引起的设备烧毁事故进行了分析，指出了事故原因，为低压电网的安全可靠运行提供理论指导，对类似事故的分析和处理提供参考。

【关键词】过电压；谐振；设备事故；分析和处理

1.事故过程

某35kV变电所35kV进线采用单母线接线方式，通过2回35kV线路为该变电所供电，10kV侧采用单母线分段接线方式，一次接线如图1所示。

事故前变电站内两台变压器分列运行，2011年2月4日20：01：41ms其10kVⅠ段母线3Uo越线告警，电容器不平衡电压保护动作跳闸，20：18：34mS，#1主变过流保护动作（动作电流17.18A）跳开了321、21开关，现场检查发现：Ⅰ、Ⅱ段PT高压保险熔断，Ⅰ段PT有严重短路放电现象，Ⅱ段PT二次绕组烧毁严重。

2.铁磁谐振过电压产生的机理

通常，在小电流接地系统中，为了供电给绝缘检查电压表，电压互感器一次侧一般采用中性点直接接地的星形接法，主二次绕组连接成星形以供电给测量表计、继电器以及绝缘检查电压表，附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压滤过器供电给保护继电器和接地信号继电器。由于电源中性点不接地而电压互感器(pt)一次绕组中性点接地，以导线对地的分布电容C和PT绕组电感为主的阻抗元件就会形成并联LC回路，等效电路图如图2所示。

在正常运行情况下，三相电压Ua，Ub，Uc基本对称，均为母线对中性点的电压。对地电容Cao，Cbo，Cco基本相同，电压互感器对地电抗La、Lb、Lc也基本相同，中性点N对地电压可通过公式（1-1）计算，此时近似为0，电压互感器各相对地电压均为相电压。电压互感器铁芯不会饱和，这时电压互感器对地呈现较大的电抗，线圈感抗大于线路容抗，即XL≥Xco，对地呈感性。

(1-1)

当发生金属性接地时，以A相接地为例，因电源变压器的绕组电势由发电机的电势所固定，对地电压的变动表现为电源变压器的中性点的位移，称为电网中性点的位移。由公式（1-1）可知中性点对地电压不再为0，电压相量关系如图2所示。此时B，C相对地电压升高到线电压后，这样可能导致TV铁心过度饱和，感抗下降，当系统容抗1/ωC同ωL接近时，极易诱发系统不同程度的基频、分频和高频谐振。理论分析和运行经验表明，发生基频谐振时，一相对地电压降低，两相对地电压升高且超过线电压；发生分频谐振时，三相对地电压都升高，但过电压较小，且相电压低频摆动；发生高频谐振时，三相对地电压都升高，且过电压很大。经计算表明，发生单相弧光接地时过电压的最大值将达到2.3Um，单相弧光接地的过电压瞬时幅值最大可以达到20.4kV。如果弧光接地在接地点造成弧光间隙性反复燃烧，那么产生的过电压倍数将远大于2.3倍。强烈的过电压可使空气绝缘被击穿，形成弧光短路；其一旦产生就将会在电力网络绝缘薄弱环节形成闪络放电，将绝缘破坏，造成相问短路或者损害电气设备。

3.原因分析

通过对事故现象的分析，可以判断变电所的10kVⅠ段母线电压异常，是由10kV X线单相间歇性弧光接地故障引起的，设备参数配合不利的情况下，可产生危及设备相间或相对地绝缘的过电压，Ⅰ段PT过饱和，引起铁磁谐振过电压，并且当时没有抑制谐振过电压的措施，使空气绝缘被击穿，在绝缘薄弱环节形成闪络放电，将绝缘破坏，造成相间弧光短路而烧毁Ⅰ段PT，致使#1主变过流保护动作跳闸。

当系统接地故障消除后，非接地相在过电压期间，由于线路电容的作用，已对线路充入电荷，这部分电荷在中性点不接地系统中，只能对电压互感器的高压绕组（电感线圈）放电，而流入大地，放电电流可达2A左右，是一般电压互感器一次额定电流200倍左右，可将一次电压互感器保险熔断。

Ⅱ段PT烧毁原因分析，由于此变电站10KV采用三角型接线属于不接地系统，由于间歇性接地引起的铁磁谐振过电压，电压很高（或者频率较高），在系统谐振时Ⅰ段PT二次侧电压（频率）较高，由于PT并列继电器接点间隙很小（约为1mm），此就形成一个以空气为介质的小电容，高次谐波很容易通过此电容；二次高电压特别是高频率很容易击穿此间隙，对Ⅱ段PT二次侧放电形成环流，烧毁了Ⅱ段PT低压线圈。

4.结束语

对3kV-66kV不接地系统，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线（其上带或不带空载短线路），因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使PT过饱和，则可能产生铁磁谐振过电压。为限制这类过电压，可选取下列措施：

（1）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器；

（2）减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其他电压互感器中性点尽可能不接地；

（3）个别情况下在10kV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少Xco，使Xco＜0.01Xm（注：Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗）。

（4）在互感器的开口三角形绕组装设R≤0.4（Xm/K213）的电阻（K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比）或装设其他专门消除此类铁磁谐振的装置。

（5）10kV及以下互感器高压绕组中性点经Rp.n≥0.06Xm(容量大于600W)的电阻接地。

参考文献

[1]陈维贤编.内部过电压基础[M].北京:中国电力出版社,1981.

[2]孙方汉,陈绍英,韩芳主编.过电压保护及现场事故处理[M].2007(3).

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