1、TV）爆炸的原因，提出了在2變電站分別采用更換開關特性優良的開關和加入一個特殊設計的第4TV的解決方案，滿足了各自的運行要求。文章還闡述了中壓電網中常見的過電壓類型操作過電壓和鐵磁諧振過電壓的形成原因和發展機理，提出了幾種行之有效的解決方案。 關鍵詞： 過電壓；電壓互感器；事故分析；鐵磁諧振；操作過電壓；供用電 0 引言 電磁式電壓互感器（TV）廣泛應用于各電壓等級的電力系統中。在35 kV及以下的中壓配電網中，由于普遍采用中性點非有效接地方式，過電壓現象出現的概率比較大。過電壓引起電氣設備絕緣的破壞，其中電磁式TV的熔斷器燒毀和爆炸事故是中壓電網中常見的由過電壓引起的電氣設備事故之

2、一。因此研究這類問題對現場設備的安全運行具有重要意義。本文將就某縣級供電企業2起TV爆炸事故的現象、原因、產生機理進行分析并提出了解決方案，還介紹了中性點非有效接地系統中常見的過電壓類型。1 事故現象2起TV爆炸事故發生在35 kV和10 kV變電站的10 kV母線上。（1） 35 kV變電站A。附近有一大型造紙企業，負荷較重。為補償系統消耗的無功，該變電站段母線裝設了一套自動投切電容器。電容器分為5組，每組100 kvar。每組自動投切電容器帶有2個用于測量線電壓的干式電磁電壓互感器（TV）。圖1為1組自動投切電容器的接線圖，其中R是斷路器，C是補償電容，L是起抑制諧波作用的小電抗

3、。實際運行中，第1組自動投切電容器連續發生TV爆炸現象。而其他4組自動投切電容器的TV卻能夠正常運行。（2） 10 kV變電站B。10 kV母線互感器間隔內裝有1臺三相五柱式TV，如圖2所示，圖中L是TV的電抗，TV以星型方式接入電網，中性點直接接地。在實際運行中，TV燒毀的現象時有發生。 1 / 14圖1 自動投切電容器接線圖圖2 三相五柱式TV接線圖2 爆炸原因分析2.1 電磁式TV爆炸的原因理論分析和實際運行經驗表明，TV爆炸和燒毀事故的直接原因是內部過電流引起發熱所致。過電流的表現形式有2種：由于諧振或其他原因，TV上承受的過電壓和過電流雖然幅值

4、較小，但是時間較長，大量電能作用在TV上并轉化為熱能，使其長期發熱。當熱量積累到一定程度時，TV中大量絕緣紙、絕緣介質會受熱而汽化，體積急速膨脹，而干式TV內部空間有限，當壓強增加到一定程度時便發生爆炸。由瞬間高幅值過電壓引起的過電流。幅值達到一定程度的過電壓會造成匝間短路而引起過電流。這種過電流一般幅值很大，會使TV中的絕緣介質迅速汽化，因此由高幅值過電壓引起的爆炸更加猛烈。由以上分析可以看出，過電壓會引起過電流，過電壓和過電流在實際電網運行中相伴而生。因此應該從電網中常見的過電壓類型中去尋找TV爆炸的根本原因。2.2 中壓電網常見的過電壓類型中壓電網的過電壓可分為外部過電壓和內部

5、過電壓。外部過電壓主要是由于雷擊引起的，本文不作詳細敘述。內部過電壓通常包括操作過電壓和諧振過電壓。如當系統內開關操作或電力系統出現事故時，電力系統將由一種穩定狀態過渡到另一種穩定狀態。在此轉化過程中由于電力系統內部電磁能量的振蕩、互換及重新分布，就可能在某些設備上，甚至在整個電力系統中產生較大的過電壓。又如當進行開關操作時，某些回路被分割開來，如果其參數滿足共振條件，則可能引起強烈的具有共振性質的振蕩，并導致嚴重的過電壓。前者稱為操作過電壓，后者稱為諧振過電壓。操作過電壓持續時間較短，幅值較高。此種過電壓可以分為4種：中性點不接地系統的弧光接地過電壓;空載線路或電容性負荷的拉閘過電壓；切除電

6、感性負荷或空載變壓器的過電壓；空載線路的合閘過電壓，特別是自動重合閘時的過電壓。諧振過電壓一般持續時間比較長，甚至可能長期存在。此種過電壓可分為2種：系統參數為線性的線性諧振過電壓；鐵磁諧振（非線性諧振）過電壓，它是由于系統中變壓器、TV、消弧線圈等鐵心電感的磁路飽和作用而激發引起的過電壓。2.3 A變電站TV爆炸的原因分析從A變電站現場接線來看，由于TV接在AB和BC相間，沒有接在零序回路里，所以不可能是諧振過電壓。TV只是為投切電容器服務，因此真空斷路器投切電容器引起的操作過電壓應該是導致TV爆炸的原因。投切電容器時產生的過電壓有2種，一種是電容器合閘時產生的過電壓，另一種是切除

7、電容器時由于開關發生重燃產生的過電壓。第1種過電壓產生的原因主要是由于電容器上的電壓不能突變所致。當合閘時系統電壓會迅速下降，引起暫態振蕩，最后達到新的穩定。此暫態過程產生的過電壓與合閘時間有關,但最高不會超過2倍的系統電壓。第2種暫態過電壓是因為開關發生重燃時，電容器上的初始電壓與系統電壓極性相反，從而在暫態過程中可能產生3倍以上的過電壓。這種過電壓對電容器的危害性更為嚴重。對于切除電容時的過電壓，又可以分為單相重燃和兩相重燃2種情況。其中兩相重燃引起的相間過電壓尤為嚴重，最大值可以達到6倍系統電壓以上。因此在如此高的電壓之下相間TV發生爆炸就不足為怪了。2.4 B變電站TV燒毀的

8、原因分析B變電站燒毀的TV是母線上用于測量相電壓的三相五柱式TV，連接在零序回路里。這種TV燒毀現象是由于鐵磁諧振引起的。如前所述，鐵磁諧振過電壓是一種常見的非線性諧振過電壓。圖3為單相電感電容串聯電路。在該電路中，如果電感和電容的參數不匹配，則不會產生串聯諧振，電路中也不會出現過電流。但是電感的參數是非線性的，當流過電感的電流過大，電感鐵心就會出現飽和現象，其伏安特性如圖4所示。圖中uL(i)為電感伏安特性曲線。電感一般工作在伏安特性曲線開始的線性部分，當遇到過電壓過電流時，運行點則會沿著曲線上升到非線性部分。當運行點上升到電感伏安特性曲線與電容伏安特性曲線相交處時，就會引起串聯諧振。圖3的

9、電路當發生串聯諧振時電感和電容的組合等效于一根導線，電路中的電流在理論上為無限大，這就是簡單意義上的鐵磁諧振。圖3 單相電感電容串聯電路 圖4 鐵磁諧振伏安特性曲線  在中壓電網中，TV直接安裝在母線上。因電路為容性，TV會與互感器電感組成零序回路，系統等值圖如圖5所示。     圖5 三相等效電路電力系統運行和實驗表明，當TV的電感和線路對地電容匹配時，在一定的條件下（如空載母線合閘、瞬時短路故障消失等，這些情況都可能引起TV鐵心飽和），便會產生不同頻率的鐵磁諧振。隨著線路長度的增加，依次會發生3倍頻諧波諧振、基

10、頻諧振、分頻諧振。TV是三相電器，所以它引起的鐵磁諧振是三相鐵磁諧振。電力系統運行和物理仿真實驗表明，當電源向空載母線合閘時最容易出現3倍頻諧波諧振；有時當變電站的出線很短時，也可能出現3倍頻諧振。因負荷電流引起的壓降很小，甚至沒有，所以電壓常常較高，其主要危害在于過電壓倍數較高，往往引起主設備的絕緣被擊穿或TV爆炸，后果十分嚴重。3倍頻諧振主要表現為三相電壓同時升高。基波諧振通常表現為2相電壓升高，1相電壓降低。因基頻諧振和工頻電壓是同頻率，比較容易從電源獲得能量，所以基頻諧振能產生很大的過電流，有時表現得非常強烈，比較容易造成TV爆炸。分頻諧振總是表現為2相電壓同時升高，它的主要危害也是產

11、生過電流。分頻諧振引起的過電流雖沒有基頻諧振過電流大，但也往往超過了TV的熱穩定允許電流值，在長期分頻諧振作用下也可能燒毀TV。3 解決方案TV爆炸對配電網的安全運行構成重大威脅，爆炸飛濺物有可能損傷其他正在運行的設備，甚至引起短路而造成停電事故，因此必須盡快解決。3.1 由操作過電壓引起的事故對于由操作過電壓引起的TV爆炸事故，解決的根本辦法是提高斷路器的熄弧能力，也可以采用限制電壓幅值的辦法。以下提供3種解決方案：（1） 改善真空接觸器的開關特性。鑒于電容器自動投切裝置中其他4組電容器沒有發生過TV爆炸事故，可以認為優良的開關特性能夠限制重燃過電壓的產生。因此最簡便的解

12、決措施就是更換開關特性優良的真空接觸器。（2） 在事故電容器組上加裝避雷器。避雷器的持續運行電壓應按線電壓考慮，同時為了提高對相間過電壓的保護能力，建議采用帶串聯間隙的四星型氧化鋅避雷器。接線如圖6所示。 圖6 避雷器四星型接線（3） 對于A變電站爆炸的TV，由于其接在斷路器的電容側，可以采用將原來接在線間的TV改為三相星型接法，中性點直接接地，然后在二次側串聯出原來需要的線電壓的辦法來防止TV爆炸。這樣當斷路器斷開后，電容器上的殘余電荷將通過星接的TV放電。由于TV的直流電阻很大（315k），過渡過程衰減較快，使斷路器兩端最大恢復電壓降低，避免重燃或減小重燃后的過電壓幅值。3.2&

13、#160;由鐵磁諧振引起的事故對于由鐵磁諧振引起的TV爆炸事故，解決途徑可以是改變運行操作方式，或采用勵磁特性好的TV，甚至采用電容式TV。但是最可行的辦法還是限制TV上的過電壓，防止其進入飽和區。為此可采用的手段有：在原來星接TV的中性點和地之間加入一個特殊設計的第4 TV，保證TV所承受的電壓不大于相電壓，同時改變二次接線，以保證原TV的測量精度。這種方法造價低，可以解決大部分鐵磁諧振問題。在系統中性點串聯消諧電抗器，破壞諧振條件。綜合考慮系統電容電流的大小，如果需要，可以加裝消弧線圈。消弧線圈可以徹底解決鐵磁諧振問題，而且對于其他形式的過電壓都有很好的抑制作用。但是消弧線圈造價高，在系統電容電流較小的情況下加裝消弧線圈是不經濟的。4 結束語經過各個方面的比較，2個變電站分別采取了更換開關特性優良的開關方案和在原來星接TV的中性點與地之間加入一個特殊設計的第4 TV的方案，滿足了各自現場運行的需要。5 參考文獻 周澤存.高電壓技術.北京：中國電力出版社，198