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基于35kV PT柜二次电缆烧损故障的技术分析

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：谭雄日

[导读] 摘要：微机消谐装置实时监测电压互感器PT开口三角处的电压和频率，当发生铁磁谐振时，瞬时启动谐振元件，产生强大阻尼，消除谐振

        广西钢铁集团有限公司棒线厂防城港 538000
        摘要：微机消谐装置实时监测电压互感器PT开口三角处的电压和频率，当发生铁磁谐振时，瞬时启动谐振元件，产生强大阻尼，消除谐振。文章通过一起因PT柜微机消谐装置故障引起的二次电缆烧损故障，分析如何防范和抑制铁磁谐振的发生。
        关键词：微机消谐装置；铁磁谐振；开口三角电压
        1.概述
        11月21日1：58分，三中央35kV II段系统接地，三相电压分别为A相35kV、B相0kV、C相35kV，拉开三中央送电动鼓风机站开路，接地故障解除，35kV II段电压恢复正常。后在点检炼铁区变时发现35kV I段PT柜电压表、微机电力谐振诊断消除装置及状态显示仪均无显示，打开PT柜二次保护室发现柜内二次线烧损严重，二次空开跳闸，查看当地后台历史报警窗口，1：58分发生35kV I段PT断线。
        2.故障分析
        现场检查发现，烧损最为严重的是微机消谐装置的消谐元件输出电缆（红色标注），接线图如图1和图2：

        图1 消谐装置后面板图           图2 消谐装置接线图
        邻近此两根电缆的电缆都有不同程度的烧损。初步判断此两根电缆应该瞬时通过大电流，同时在大电流作用下PT电压二次空开跳闸，导致整段母线失压，后台报“PT断线”。大电流的热效应，最终严重烧损电缆绝缘层，且此两根电缆应该为其它相邻电缆烧损的主因。故障时间与三中央系统接地时间吻合，通常系统接地时PT铁磁谐振可能性较大。设想：该互感器和系统消弧线圈的非线性电感与该系统的对地电容构成了铁磁谐振，从而产生了过电压或过电流。由于PT一次熔断器并未烧损故，过电流的情况可排除。
        3.故障验证
        3.1烧损的谐振诊断消除装置上电分析
        装置上电，调出事故记录，如图3和图4：

        图3 1#PT过电压事故记录    图4 1#PT基频谐振事故记录
        注：由于此装置时间设置有误，比正确时间慢了2小时54分，在现场装置上电与当时时间已对比。
        以上，可见当初确实发生了PT基频铁磁谐振，证实了设想。该消谐诊断装置采用16位单片机作为核心，对PT 开口三角电压（即：零序电压）进行循环检测。在正常工况下，该电压在30V 以下，装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统无任何影响。当PT 开口三角电压大于30V 时，说明系统出现故障，装置对电压互感器开口三角电压进行数据采集、分析，并判断出当前的故障状态；如果发生了某种频率的铁磁谐振，迅速启动消谐元件，使铁磁谐振在强大的阻尼下迅速消失。如果是过电压或接地，装置给出相应的报警信号。既然出现了铁磁谐振，而且装置也已判断出，正常情况，装置应该输出阻尼电阻二次线圈产生励磁电流，作用于一次线圈，改变其感应电感，从而消除铁磁谐振。由于谐振没有得到消除，反而出现此次故障，推断装置没起到消谐作用。
        3.2模拟基频铁磁谐振环境，测试装置
        针对装置判断出的基频铁磁谐振过电压，一般基频铁磁谐振过电压不超过正常电压的3倍。PT开口三角电压幅值为0~100V，那么基频铁磁谐振情况下，PT开口三角电压幅值为0~300V。普通工频低压电源输入该装置PT1和PT1#端子时，只要在电压标准正弦波形幅值超过100V时，装置应该都会判断为基频谐振。测试情况如图5和图6：

        图5 正常工况下测量       图6 工频正弦电压下测量
        图5为PT1和PT1#端子在未输入工频正弦电压时，也就是正常工况时，万用表测出SSR1和SSR1#时的电阻值为短路状态。图6为PT1和PT1#端子输入工频正弦电压时，也就是PT出现基频铁磁谐振情况下，万用表测出SSR1和SSR1#时的电阻值为短路状态；
        结论：图5万用表所测出的结果，与装置说明“在正常工况下，该电压在30V 以下，装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统无任何影响”不相符。出现这种情况解释为：装置内部固体电阻继电器在谐振情况下未返回。图6万用表所测的结果，该装置在判断出铁磁谐振情况下，且也输出了阻尼电阻，但由于内部电阻出现了故障，所以造成了PT开口三角短路，继而出现了大电流导致此次故障的发生。综上分析，此次事故的发生，应该是该谐振诊断消除装置出现了故障所致。
        4.防范措施
        此次故障，反应出当出现铁磁谐振时，消谐设备的薄弱。可以考虑从以下两方面着手消除铁磁谐振带来的危害：
        1）加强对消谐装置的检查力度。此次故障经验告诉我们，加装的消谐装置在正常工况下它是抑制铁磁谐振的一个非常有效的措施，但某种意义上来讲它也是一个隐患点。目前消谐装置的试验实属盲区，是否可以考虑，在做预防性试验时，将谐振诊断消除装置纳入保护试验范围。
        2）从源头上抑制铁磁谐振的发生。根据谐振产生的机理可知，要消除谐振就要破坏产生谐振的条件，即改变电力线路的参数。可以从以下方面考虑：
        （a）避免产生谐振的错误操作方式（如：母线停电时，应先停变压器，再拉母联开关）。
        （b）在TV 一次侧中性点接地线上接入电阻以增大阻尼。原则上所接电阻越大越好，但太大有可能发生单相接地时损坏中性点绝缘，实用中一般为几十千欧。
        （c）利用母线上安装的补偿电容器，当发生谐振或倒闸后电压表显示混乱时，可把电容器投入，增大母线电容。谐振消除后再切除电容器以避免过补偿。
        （d）在倒母线运行方式的时候，消弧装置需一并投运。
        5.结束语
        以上针对此次35kV PT柜二次电缆烧损的故障进行了分析。由于复合电压未参与该段35kV设备的相关保护，所以PT断线并未影响生产，避免了事故发生。建议以后在设计上考虑如何从源头上抑制铁磁谐振，检修过程中将谐振诊断消除装置纳入保护试验范围，为变电站的安全稳定运行提供保证。
        参考文献：
        [1]文学良，赵琳. PT铁磁谐振分析及微机消谐装置的应用.电力学报，1995-02-15.
        [2]余宇红. 铁磁谐振过电压的研究. 浙江大学，2006-05-01
        [3]张亚琦. 对微机消弧消谐选线综合装置的探讨. 河南水利，2005-08-20.