袁 毅
佛山電力工業局，廣東省佛山市，528000 1 引言 目前，我國電力系統變電所母線上的電壓互感器絕大部分是電磁感應型的，110kV及以上等級的斷路器大部分都帶有斷口均壓電容器。這些母線上的設備運行中,當達到某種參數條件時，就會發生電壓互感器鐵磁諧振，產生過電壓，損壞設備，造成事故。220kV佛山站110kV側母線電壓互感器發生的鐵磁諧振事故就是一個典型的例子，類似的事故在國內有不少報導。因此，有必要對此類事故進行分析和研究，以采取有效的防范措施，杜絕此類事故的發生。 2 事故過程 220kV佛山變電站位于廣東珠江三角洲區域的佛山市市區內，是一個有30多年歷史的樞紐變電站。該站現有150MVA的三線圈變壓器2臺，220kV出線3回，110kV出線9回，110kV配電裝置的電氣結線為雙母線帶旁路專用母聯結線。
1997年5月3日，佛山變電站110kV配電裝置技改工程竣工投產。啟動投產前的運行方式如圖1所示：空出110kVⅡ段母線及2號主變壓器準備對110kV佛城線、佛張線、佛莊線充電，母聯開關B5處于分閘位置，1號主變壓器接在110kVⅠ段母線上帶其余110kV出線供電。
圖1 諧振時等效回路
開始操作時，電源通過2號主變壓器對110kVⅡ段母線、12PT、佛城線、佛莊線、佛張線充電，充電完成后切斷2號變中開關B1、佛城線開關B4、佛莊線開關B2、佛張線開關B3。上述開關兩側的刀閘沒有拉開，12PT刀閘沒有拉開。
14時56分，對側110kV站通過佛莊線充電至本站110kVⅡ段母線，準備12PT電壓互感器與11PT電壓互感器核對相序，此時發現Ⅱ段母線電壓表指針大幅度擺動，UAB、UBC電壓達150kV以上，12PT A相電壓互感器的金屬膨脹器蓋彈出。立即切斷佛莊線開關B2，啟動委員會研究認為12PT電壓互感器可能受到過電壓沖擊，決定停止啟動操作，將2號變中開關B1轉至110kVⅠ段母線備用，操作順序是先合上2號變中1021刀閘后拉開1022刀閘。
15時35分，合上2號變中1021刀閘時發現Ⅱ段母線電壓表指針劇烈擺動，12PT電壓互感器爆炸起火，立即手動切斷1號主變三側開關后事故消除。此次事故使8個110kV變電站失壓。
事故后檢查發現：12PT A相電壓互感器JCC6-110爆炸損毀，其內部線圈有短路痕跡；B相和C相電壓互感器內部線圈的絕緣也遭破壞，局放試驗測量結果大于1000PC；1號主變變中側中性點接地軟銅線熔斷；12PT電壓互感器上方的架空線B相與C相有短路痕跡，燒毀了多只絕緣子；12PT避雷器FCZ-110的B相和C相計數器各動作1次；1號主變變中101開關SW4-110 B相和C相的斷口油呈碳黑色；1號主變變中零序過流保護和相間過流保護動作；故障錄波器動作，錄取到過電壓和故障電流。 3 事故分析 事故發生的當日天氣晴朗，不存在雷暴過電壓擊毀12PT電壓互感器的可能性；佛山變電站的110kV出線線路長度僅為3～15km，也不存在切除空載長線路過電壓的可能性。因此，極大可能是12PT電壓互感器發生鐵磁諧振而產生過電壓。
因為2號變中102開關對3回110kV出線間隔充電完成后，均未拉開開關兩側刀閘，使開關斷口的均壓電容器與12PT電壓互感器并聯在一起。佛莊線的對側變電站充電至本站110kVⅡ段母線時，很明顯12PT電壓互感器發生了諧振，因為從母線電壓表上讀到的過電壓達1.4倍的額定電壓，A相電壓互感器的膨脹器蓋彈出證實了其受到了過電壓的沖擊。本來決定停止啟動操作是正確的，但是2號變中102開關轉換至110kVⅠ段母線備用過程中操作順序錯誤，致使1號主變的電源電壓過通2號變中的1021刀閘和1022刀閘充電至110kVⅡ段母線上時，12PT電壓互感器再次發生諧振，使A相電壓互感器爆炸引發了本次事故。
事故時回路的等效電路圖如圖2所示。由圖1、圖2可知，12PT電壓互感器的電感L與開關斷口的均壓電容器C形成并聯回路(線路對地的分布電容很大、主變的電感很小均可忽略不計)。在額定電壓下，電壓互感器的一次側電流約為26～78mA，母線上4個開關斷口電容器對地電流約為72mA，當e接近或等于L時，并聯諧振發生。過電壓使電壓感互器鐵芯磁路飽和，勵磁電流大增，過電流燒毀了線圈的絕緣，引起線圈匝間短路，最終擴大到接地短路，接地短路電流和巨大的熱量使A相電壓互感器發生爆炸。
E*：電源電壓V*N；L電壓互感器電感：C開關斷口電容900PF
圖2 諧振時等效回路
由于A相接地而使B相和C相電壓升高，這一升高的電壓與諧振過電壓疊加在一起，促使避雷器放電間隙動作，因此，避雷器計數器各動作1次。
A相電壓互感器爆炸的火球(金屬性電弧)上竄至B相和C相架空線之間，觸發了B、C相間短路，燒毀多只架空線的絕緣子瓷瓶。
A相電壓互感器接地相當于母線接地，巨大的接地短路電流在繼電保護動作切閘之前將過流容量不足的1號主變110kV側中性點接地銅軟線熔斷，接地故障電流隨之消失。
1號變中101開關B相和C相切斷故障電流，開關斷口油呈碳黑色；由于接地點熔斷，A相開關無切斷過故障電流。
1號主變變中零序過流保護動作，在延時4s的動作過程中因接地故障電流消失而返回，最后由相間過流保護動作使101開關跳閘。
從故障錄波圖分析，可以清楚地看到由諧振過電壓引發的A相電壓互感器接地短路，繼而擴大至B、C相間短路的事故全過程，從而證實了上述的分析。 4 防止電壓互感器發生諧振的措施 為了防止運行中電磁感應式電壓互感器發生諧振，關鍵要是防止運行母線上LC并聯回路的生成。采取下列措施之一就可以防止電壓互感器諧振的發生。
(1)選用電容式電壓互感器替代電磁感應式電壓互感器。
(2)選用不帶斷口電容器的斷路器。
(3)母線倒閘操作時，切斷開關后隨即拉開開關的兩側刀閘。
(4)在諧振初期，當發現母線電壓突然升高時，迅速拉開電壓互感器刀閘，或迅速切斷電源回路的開關。
(5)母差保護動作切除母線上開關元件后，迅速拉開電壓互感器刀閘。
(6)中性點非直接接地的電網的電壓互感器經消諧器接地。
5 結語
(1)本次電壓互感器諧振事故的發生，是由于啟動方案的操作步驟中沒有考慮防止電壓互感器諧振的措施，諧振發生后操作處理又不當而引發了事故。
(2)目前電力系統中多使用電磁式電壓互感器和帶斷口電容器的斷路器。一般來說，母線電壓互感器與3個以上斷路器斷口電容器并聯運行就有可能發生鐵磁諧振。
(3)由于電壓互感器的電感是非線性的，這種鐵磁諧振的特點是產生的過電壓不算很高，約1.5倍UN，但產生的過電流卻很大，足以燒毀電壓互感器內部線圈的絕緣而引發事故。
(4)只要采取本文第4點中介紹的一些措施，就能防止電壓互感器諧振事故的發生。 - | 
