1　引言

　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)變電所母線上的電壓互感器絕大部分是電磁感應(yīng)型的，110kV及以上等級(jí)的斷路器大部分都帶有斷口均壓電容器。這些母線上的設(shè)備運(yùn)行中,當(dāng)達(dá)到某種參數(shù)條件時(shí)，就會(huì)發(fā)生電壓互感器鐵磁諧振，產(chǎn)生過電壓，損壞設(shè)備，造成事故。220kV佛山站110kV側(cè)母線電壓互感器發(fā)生的鐵磁諧振事故就是一個(gè)典型的例子，類似的事故在國(guó)內(nèi)有不少報(bào)導(dǎo)。因此，有必要對(duì)此類事故進(jìn)行分析和研究，以采取有效的防范措施，杜絕此類事故的發(fā)生。

2　事故過程

　　220kV佛山變電站位于廣東珠江三角洲區(qū)域的佛山市市區(qū)內(nèi)，是一個(gè)有30多年歷史的樞紐變電站。該站現(xiàn)有150MVA的三線圈變壓器2臺(tái)，220kV出線3回，110kV出線9回，110kV配電裝置的電氣結(jié)線為雙母線帶旁路專用母聯(lián)結(jié)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(chǎn)。啟動(dòng)投產(chǎn)前的運(yùn)行方式如圖1所示：空出110kVⅡ段母線及2號(hào)主變壓器準(zhǔn)備對(duì)110kV佛城線、佛張線、佛莊線充電，母聯(lián)開關(guān)B5處于分閘位置，1號(hào)主變壓器接在110kVⅠ段母線上帶其余110kV出線供電。

圖1　諧振時(shí)等效回路

　　開始操作時(shí)，電源通過2號(hào)主變壓器對(duì)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(hào)變中開關(guān)B1、佛城線開關(guān)B4、佛莊線開關(guān)B2、佛張線開關(guān)B3。上述開關(guān)兩側(cè)的刀閘沒有拉開，12PT刀閘沒有拉開。
　　14時(shí)56分，對(duì)側(cè)110kV站通過佛莊線充電至本站110kVⅡ段母線，準(zhǔn)備12PT電壓互感器與11PT電壓互感器核對(duì)相序，此時(shí)發(fā)現(xiàn)Ⅱ段母線電壓表指針大幅度擺動(dòng)，U_AB、U_BC電壓達(dá)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(guān)B2，啟動(dòng)委員會(huì)研究認(rèn)為12PT電壓互感器可能受到過電壓沖擊，決定停止啟動(dòng)操作，將2號(hào)變中開關(guān)B1轉(zhuǎn)至110kVⅠ段母線備用，操作順序是先合上2號(hào)變中1021刀閘后拉開1022刀閘。
　　15時(shí)35分，合上2號(hào)變中1021刀閘時(shí)發(fā)現(xiàn)Ⅱ段母線電壓表指針劇烈擺動(dòng)，12PT電壓互感器爆炸起火，立即手動(dòng)切斷1號(hào)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)后事故消除。此次事故使8個(gè)110kV變電站失壓。
　　 事故后檢查發(fā)現(xiàn)：12PT A相電壓互感器JCC6-110爆炸損毀，其內(nèi)部線圈有短路痕跡；B相和C相電壓互感器內(nèi)部線圈的絕緣也遭破壞，局放試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果大于1000PC；1號(hào)主變變中側(cè)中性點(diǎn)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(jì)數(shù)器各動(dòng)作1次；1號(hào)主變變中101開關(guān)SW4-110　B相和C相的斷口油呈碳黑色；1號(hào)主變變中零序過流保護(hù)和相間過流保護(hù)動(dòng)作；故障錄波器動(dòng)作，錄取到過電壓和故障電流。

3　事故分析

　　事故發(fā)生的當(dāng)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(zhǎng)度僅為3～15km，也不存在切除空載長(zhǎng)線路過電壓的可能性。因此，極大可能是12PT電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振而產(chǎn)生過電壓。
　　因?yàn)?號(hào)變中102開關(guān)對(duì)3回110kV出線間隔充電完成后，均未拉開開關(guān)兩側(cè)刀閘，使開關(guān)斷口的均壓電容器與12PT電壓互感器并聯(lián)在一起。佛莊線的對(duì)側(cè)變電站充電至本站110kVⅡ段母線時(shí)，很明顯12PT電壓互感器發(fā)生了諧振，因?yàn)閺哪妇€電壓表上讀到的過電壓達(dá)1.4倍的額定電壓，A相電壓互感器的膨脹器蓋彈出證實(shí)了其受到了過電壓的沖擊。本來決定停止啟動(dòng)操作是正確的，但是2號(hào)變中102開關(guān)轉(zhuǎn)換至110kVⅠ段母線備用過程中操作順序錯(cuò)誤，致使1號(hào)主變的電源電壓過通2號(hào)變中的1021刀閘和1022刀閘充電至110kVⅡ段母線上時(shí)，12PT電壓互感器再次發(fā)生諧振，使A相電壓互感器爆炸引發(fā)了本次事故。
　　事故時(shí)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(guān)斷口的均壓電容器C形成并聯(lián)回路(線路對(duì)地的分布電容很大、主變的電感很小均可忽略不計(jì))。在額定電壓下，電壓互感器的一次側(cè)電流約為26～78mA，母線上4個(gè)開關(guān)斷口電容器對(duì)地電流約為72mA，當(dāng)_e接近或等于_L時(shí)，并聯(lián)諧振發(fā)生。過電壓使電壓感互器鐵芯磁路飽和，勵(lì)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(kuò)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(fā)生爆炸。

E*：電源電壓V*_N；L電壓互感器電感：C開關(guān)斷口電容900PF
圖2　諧振時(shí)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(dòng)作，因此，避雷器計(jì)數(shù)器各動(dòng)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(fā)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(dāng)于母線接地，巨大的接地短路電流在繼電保護(hù)動(dòng)作切閘之前將過流容量不足的1號(hào)主變110kV側(cè)中性點(diǎn)接地銅軟線熔斷，接地故障電流隨之消失。
　　1號(hào)變中101開關(guān)B相和C相切斷故障電流，開關(guān)斷口油呈碳黑色；由于接地點(diǎn)熔斷，A相開關(guān)無切斷過故障電流。
　　1號(hào)主變變中零序過流保護(hù)動(dòng)作，在延時(shí)4s的動(dòng)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(hù)動(dòng)作使101開關(guān)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(fā)的A相電壓互感器接地短路，繼而擴(kuò)大至B、C相間短路的事故全過程，從而證實(shí)了上述的分析。

4　防止電壓互感器發(fā)生諧振的措施

　　為了防止運(yùn)行中電磁感應(yīng)式電壓互感器發(fā)生諧振，關(guān)鍵要是防止運(yùn)行母線上LC并聯(lián)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(fā)生。
　　(1)選用電容式電壓互感器替代電磁感應(yīng)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(shí)，切斷開關(guān)后隨即拉開開關(guān)的兩側(cè)刀閘。
　　(4)在諧振初期，當(dāng)發(fā)現(xiàn)母線電壓突然升高時(shí)，迅速拉開電壓互感器刀閘，或迅速切斷電源回路的開關(guān)。
　　(5)母差保護(hù)動(dòng)作切除母線上開關(guān)元件后，迅速拉開電壓互感器刀閘。
　　(6)中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)的電壓互感器經(jīng)消諧器接地。

5　結(jié)語

　　(1)本次電壓互感器諧振事故的發(fā)生，是由于啟動(dòng)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(fā)生后操作處理又不當(dāng)而引發(fā)了事故。
　　(2)目前電力系統(tǒng)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(gè)以上斷路器斷口電容器并聯(lián)運(yùn)行就有可能發(fā)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(diǎn)是產(chǎn)生的過電壓不算很高，約1.5倍U_N，但產(chǎn)生的過電流卻很大，足以燒毀電壓互感器內(nèi)部線圈的絕緣而引發(fā)事故。
　　(4)只要采取本文第4點(diǎn)中介紹的一些措施，就能防止電壓互感器諧振事故的發(fā)生。