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一起由铁磁谐振引起的变电站事故

目前,我国电力网的母线电压互感器绝大部分是电磁感应型的,等效电路为可变电感与一中值电阻串联。110kv以上的断路器大部分都带有均压电容。母线对地自然形成一电容,母线对地电容与母线电压互感器并联。断路器均压电容与电压互感器的联接与设备的运行方式有关,它们串、并联后可能导致母线系统发生铁磁谐振。过电压将损坏设备,造成电网事故。
1 某变电站的事故过程
某变电站有150 mva的三圈变压器2台,220 kv出线3回,110 kv出线9回,110 kv电气主接线为双母线。
1997年某日,该站的2条110 kv新出线投产及1条110 kv出线大修完毕欲试运行。启动前的运行方式如图1所示。空出110kvⅡ段母线及2号主变准备对3条110 kv线路充电,母联开关处于冷备用,1号主变接于Ⅰ段母线上带其余110kv出线供电。充电操作过程如下:电源通过2号主变对110kvⅡ段母线、12pt、线路wl1、wl2、wl3充电;充电完成后,断开3条线路及2号主变的断路器102、105、108、109,以上4台断路器均处于热备用状态,12pt刀闸没有拉开。14∶50,对侧110 kv甲站给wl1充电,准备用12pt与Ⅰ段母线的11pt核对相序。此时发现Ⅱ段母线电压表指针大幅摆动,ab、bc间电压达150kv以上,12pt a相的金属膨胀器盖弹出。切断wl1对侧110kv甲站开关后,决定停止其它启动操作,将2号主变的开关102转接至Ⅰ段母线备用,操作顺序是先合1021刀闸后断1022刀闸。15∶30,合上1021刀闸时发现Ⅱ段母线电压表指针剧烈摆动,12pta相爆炸起火,立即手动切断1号变3侧开关,事故消除。此次事故使6个110 kv变电站失电。
事故后检查发现:12pta相内部线圈有短路,b、c两相内部线圈的绝缘局部受损;12pt上方架空线b相和c相有短路痕迹,烧了几只绝缘子;Ⅱ段母线避雷器的b相和c相计数器各动作1次;1号主变110kv侧中性点接地软铜线熔断;1号主变的101断路器b相和c相油色变为碳黑,1号主变的零序过流保护和相间过流保护动作;故障录波仪动作;录取到过电压和故障电流。同时6个失电变电站的7台主变另序过流保护也动作。
2 事故分析
2.1 由对侧110 kv甲站给全长仅8 km的wl1充电,本站105处于热备用状态,Ⅱ段母线电压表指示值为1.4倍额定电压,12pta相膨胀器盖弹出,可以证实有铁磁谐振过电压产生且12pt a相已损坏。其等效电路如图2。图中:
e为2号变110 kv侧相电势,e′为110 kv甲站电源相电势;
c2、c5、c8、c9为sw4-110/1250开关的均压电容900pf;
co为Ⅱ段母线对地电容,大约500pf;
l为12pt的电感,额定电压时xl≈2.5m健*
由于线路对地的电容远大于900pf,因此与900pf串联后仍约为900pf。
wl1的对测110kv甲站开关未合时。
所以电路不会谐振。
wl1的对侧110 kv甲站开关合上时,在2号主变110kv侧与甲站供电的wl1同相位时,开关102、105的母线侧可视为等电位,如图2(b)。电路极易谐振,实际发生谐振且损坏了12pta相。
2.2 由于12pt a相已损坏,用1021刀闸对Ⅱ段母线充电时,12pt a相发生爆炸,a相接地产生强大的单相短路电流,将1号主变110 kv侧中性点接地软铜线烧断。110kv系统中性点不接地,1号主变不向接地点供短路电流,a相接地使b、c两相对地电压升高为线电压。与该站110kv相连的其它6个变电站7台主变的中性点接地。7台变压器的b、c相绕组承受线电压,其电压向量及磁通向量如图3。外站7台主变向本站12pta相接地点供短路电流的流向如图4。由于外站各主变的a相外部单相短路,过电流使本站Ⅰ段母线的b、c相电压也严重下降,b、c两相绕组的电压值并没有升高,铁芯没有发生过饱和现象,受a相爆炸火球引起的b、c相架空线短路自行熄弧,因而只烧了几只绝缘子。最后由主变相间过流保护动作跳断路器101。1号主变110kv侧中性点引线烧断,使起动的零序电流保护返回。在烧断过程中,间歇电弧引起非故障相对地过电压,使b、c相避雷器放电间隙动作,计数器计数。
3 结束语
3.1 认识产生母线铁磁谐振的条件,测试系统的各种运行参数,以“定量”法判断母线是否安全,以“预防”法制定母线运行操作方式。
3.2母线铁磁谐振的电压幅值并不太大,且有零序电压,及时发现和处理一般不会损坏设备,因此可装设母线零序过电压的瞬时预告信号,以便运行人员及时发现。
3.3在母线充电倒闸操作过程中,若电源断路器由冷备用转热备用时母线产生铁磁谐振,则应立即将此断路器转运行以消除谐振。在母线停电倒闸操作过程中,若电源断路器由运行转热备用时母线产生铁磁谐振,则应立即将其返回运行状态,将母线电压互感器刀闸断开后,再操作电源断路器。
3.4 设计时应考虑连接线的热稳定。
3.5 对设备充电应使用断路器。
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