35kV过电压保护器放炮事故分析

35kV过电压保护器放炮事故分析（精选4篇）

35kV过电压保护器放炮事故分析 篇1

一、事故经过及处理过程

2013年11月30日下午14：34分左右，公司35kV进线侧放炮，引起上一级变电站开关电流限时速断保护动作跳闸，造成全公司停电6小时。经多方联系，落实事故情况，做好抢修安全措施后，进行现场查看和事故抢修。

事故现场情况一：35kV进线进户穿墙套管（见图一）

图一：35kV进线穿墙套管事故现场图片 三只穿墙套管中，A相几乎没有损伤；B相损伤严重，引线线夹严重烧伤，套管金属密封件被融掉了一部分（约15%）。套管裙边被炸飞两块，整个套管（墙外部分）有明显严重的放电烧伤痕迹；C相套管有明显放电烧伤痕迹。

室内部分套管及35kV一段，经检查，确认无异常。

另外，穿墙套管上方雨墙底刷白部分有两三个明显的圆环形状的痕迹。

事故现场情况二：35kV进线过电压保护器（见图二）

图二：35kV进线过电压保护器事故现场图片 A相避雷器整体被炸飞；B相顶部被掀开，内部阀片、弹簧已被炸飞；C顶部被掀开，内部阀片、弹簧还在；三相的引线均有不同程度的损伤。

事故现场情况三：35kV进线过电压保护器（见图三）

图三：三只避雷器内部弹簧图

12月2日，在生产运行部在进行事故分析会时，分析出了三种可能的事故模拟现象。

（一）、外部过电压入侵。但很快被否定了。

（二）、穿墙套管脏化，B、C两相放电引发事故。

（三）、避雷器受潮引发事故。

第一种可能很快被否定。第二、三种可能缺乏有力的物证。于是再到现场勘查，找到了被炸飞的A避雷器，B相避雷器的弹簧，并对C相避雷器进行解体，存在明显差异的部件就是弹簧（图三）。图三中，左起为A相、B相、C相避雷器的弹簧。B相有明显的烧伤痕迹和锈蚀的痕迹，说明B相避雷器已经受潮，B相避雷器即是本次事故的引发点。图一中所示穿墙套管上方雨墙底刷白部分有两三个明显的圆环形状的痕迹，很有可能就是B相避雷器爆炸后弹簧向上冲出打至雨棚底部留下的痕迹。而在弹簧上冲和落下的过程中，其经过BC相套管附近或中间时，引发BC相套管相间放电、短路放炮事故，同时产生过电压引起非故障相A相避雷器炸飞，C相避雷器部被掀开。

事故应急及处理情况

相关人员到场后，才查清现场情况后，和地调联系，将35kV进线由事故状态转入抢修状态，组织人员进行抢修。更换穿墙套管两只，避雷器三只，并对35kV一段进行彻底的清扫，最后经试验合格。通知地调已完成抢修工作。于12月1日15:35分左右，地调电话询问事故处理情况后，恢复供电。

二、原因分析1、35kV进线保护避雷器B相受潮,其内部间隙被击穿放电，产生过电压，致使B相避雷器爆炸，其内部弹簧向上冲出打至雨棚底部留下的痕迹。而在弹簧上冲和落下的过程中，其经过BC相套管附近或中间时，引发BC相套管相间放电、短路放炮事故。

2、公司35kV系统在2011年3月进行检修，至今已超过两年半，按公司35kV供电系统的现状和供电局要求，应该每年检修一次，今年没有进行年度预检预试工作。

三、存在问题及其整改措施

1、存在问题

35kV供电系统的检修未按要求的周期进行。系统于2002年改造完成运行至今，已11年了。很多元器件多多少少存在隐患，尤其是绝缘隐患，需要在检修中去发现和解决。

2、整改措施

1）加强培训工作，提高相关人员（包括值班运行、维护检修人员）的义务水平。培训内容要有针对性,要可操作、可考核、可验证。

2）在供电系统特别是35kV供电系统的检修上，严格按周期按要求进行。

3）采用合理可行的方式，12月内对35kV系统进行一次检修。4）请相关部门加快组织机构调整，一次性到位。组织稳定、人员稳定，职工心态稳定，是安全工作的基石。

5）对35kV进线的进线段保护用避雷器进行更换，将现在的TBP组合式过电压保护器更换为氧化锌避雷器（已咨询电力设计院总设和组合式过电压保护器生产厂专家）。

6）根据相关国家标准（附后），改进氧化锌避雷器检测方法。附件

1、GB 50150－2006 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

21.0.3 测量金属氧化物避雷器的工频参考电压和持续电流，应符合下列要求：金属氧化物避雷器对应于工频参考电流下的工频参考电压，整支或分节进行的测试值，应符合《交流无间隙金属氧化物避雷器》GB11032或产品技术条件的规定； 测量金属氧化物避雷器在避雷器持续运行电压下的持续电流，其阻性电流或总电流值应符合产品技术条件的规定。

2、《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》2012（修订版）

14.6.1 对金属氧化物避雷器，必须坚持在运行中按规程要求进行带电试验。当发现异常情况时，应及时查明原因。35kV 及以上电压等级金属氧化物避雷器可用带电测试替代定期停电试验，但对500kV 金属氧化物避雷器应3－5 年进行一次停电试验。

14.6.2 严格遵守避雷器交流泄漏电流测试周期，雷雨季节前后各测量一次，测试数据应包括全电流及阻性电流。

3、对35kV进线段保护用避雷器的整改意见

35kV过电压保护器放炮事故分析 篇2

某年5月3日0时30分, 事故35 k V馈线断路器 (型号为ZW24-40.5) 电流Ⅱ段跳闸, 根据保护装置事件记录, 二次电流为87 A, 当时电流互感器变流比为300/5, 即一次电流为5 220 A。

0时59分根据调令送电, 但电压监测显示35 k VⅠⅡ段母线电压不正常 (U相35.44 k V, V相34.56 k V, W相0.3 k V) , 县调随即申请断开该断路器。操作断开后, 电压仍不正常, 调度随即下令合上该馈线断路器。1时12分操作完毕, 上级主变压器后备保护动作跳闸。经现场检查该馈线断路器无明显异常, 随后调度下令断开连接于同母线的其他馈线断路器, 1时32分操作完毕即再令试送该馈线断路器, 随即电流Ⅰ段动作跳闸。经现场检查, 该馈线断路器本体爆炸。

2 事故原因分析

2.1 直接原因

(1) 5月3日凌晨, 当地遭遇了特大雷暴雨袭击, 事故馈线29号、31号、41号杆三相瓷绝缘子被全部击穿, 导致断路器对地短路, 并引发相间短路, 产生电弧, 烧毁绝缘拉杆, 最终使断路器爆炸。

(2) 事故发生时的特大暴雨使断路器本体瓷绝缘子的绝缘降低, 该型断路器瓷绝缘子爬距小, 加上雷电流的反复冲击, 使断路器W相被击穿造成接地。

(3) 断路器W相被击穿造成35 k V系统接地后, 由于深夜以及雷电暴雨的影响, 现场人员无法通过巡视查看出断路器本体W相瓷绝缘子的状况。

2.2 间接原因

(1) 事故断路器存在设计和质量缺陷, 天气正常时试验数据都合格, 但每逢下雨都有瓷绝缘子放电现象发生, 在此之前, 曾因瓷绝缘子长时间放电被迫停运。而同为农网改造工程安装使用的其他型号真空断路器运行正常。

(2) 避雷器与断路器的绝缘配合不够合理, 避雷器的临界动作电压偏高和残压过高, 导致断路器在受雷电过电压损坏后, 再次操作时 (合闸) 使得断路器无法耐受, 加剧了绝缘的破坏, 最终导致了断路器的爆炸。

2.3 事故过程推断分析

根据值班记录和断路器炸毁现场的照片分析, 当时U, V两相的线路侧受到雷击, 雷电波通过线路传到断路器、避雷器及相应的设备上, 断路器Ⅰ段保护动作, 避雷器也动作, 雷击产生的过电压使得断路器U, V两相的对地绝缘分别被严重破坏甚至击穿 (因断路器当时处于运行状态, 因此不可能产生断口间的过电压, 也就是断路器的断口及上瓷套的绝缘没有受到损伤) 。紧接着操作人员又一次合上断路器, 此时避雷器的绝缘早已恢复, 但断路器的绝缘遭受的是永久性破坏, 绝缘水平甚至已远低于避雷器的临界动作电压值和残压值。这样, 在经过两次操作冲击后, 断路器的下瓷套绝缘彻底被摧毁, U相因下瓷套外伞间绝缘被击穿, 通过箱体上的起吊环 (最近点) 形成对地短路;而W相则可能同时存在2处被击穿的地方:下瓷套外伞间和下瓷套内的绝缘拉杆。从现场残留物的状况来分析, W相被击穿后对地短路所产生的电弧主要发生在下瓷套内, 最终造成绝缘拉杆彻底烧毁和W相下瓷套彻底炸毁, 该电弧也是造成控制室内的保护装置始终告警显示W相接地的主要原因。

在U, W两相产生过电压时, V相也必然会产生过电压, 造成V相也因下瓷套外伞间绝缘被击穿, 通过箱体上的起吊环 (最近点) 形成对地短路, 继而引发U, V两相相间短路, 最终造成U, V两相之间因短路电弧的作用发生爆炸, 同时因为V相的过电压发生时间稍滞后于U, W两相, 所以V相所受的损坏最轻。

3 事故中的疑点分析

为何避雷器已经动作, 而最终却导致断路器爆炸?据了解, 与断路器相连的最近的避雷器是母线侧的一组, 该避雷器是按常规电站型避雷器配置和安装的, 其型号为Y5WZ-54/134, 额定电压42 k V, 系统标称电压35 k V, 持续运行电压13.6 k V, 直流1 m A参考电压 (DC) 73 k V, 标称放电流下残压134 k V, 陡波冲击残压154 k V, 2 ms操作能通流容量400 A, 其残压比为1.835 6。如果为了提高避雷器的使用寿命, 提高阀片性能, 则残压比会随之降低, 那么直流1 m A参考电压值也就会随之升高, 也就意味着避雷器的动作电压提高了, 这是对断路器安全不利的。当断路器经受一次严重的雷电过电压后, 尽管避雷器也及时动作了, 但由于断路器的绝缘能力达不到与避雷器匹配的水平, 使断路器的绝缘产生了严重的不可恢复的损坏, 绝缘能力已显著下降, 再次耐受能力 (绝缘能力) 低于避雷器的额定标称直流1 m A参考电压值是很有可能的。当断路器再次经受电压冲击时 (又一次的合闸操作) , 使得原本已经受损的绝缘急剧恶化直至崩溃, 导致事故的发生, 而避雷器因其动作时间短和自恢复性的特点, 能耐受后面的操作冲击而没有损坏, 这就是为何避雷器动作了, 而断路器却最终爆炸的原因。

4 解决的办法及预防对策

35kV过电压保护器放炮事故分析 篇3

摘要：文章通过一起35kV电压互感器异常炸裂事故的案例，分析了电力系统谐振现象及其特点以及谐振对于供电系统的危害，并根据实际案例总结了有效的防范措施。

关键词：击穿铁磁；谐振短路；接地力；系统过电压

中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0142-02

1 案例分析

1.1 故障发生前系统运行状态

故障发生前，35kV变电站为高压侧35kV单母分段运行、低压侧10kV单母分段运行，各为两段。35kV I母接：311 I段进线、4-9 I段PT、301 I段出线；35kV II母接：321 II段进线、5-9I I段PT、302I I段出线，电压及负荷均正常。

1.2 事故经过

2012年12月14日0点14分，监控语音报警此变电站“35kV母线I段接地”，同时监控屏显示35kV母线I段电压值为：

0点25分，35kV I段母线B相变为全接地，母线电压

值为：

与此同时，311 I段进线“开关分闸”、“311开关电流2段”动作、“311站用保护测控装置告警”、“311开关过负荷告警”，同时4-9 I段PT保护测控装置发出“PT断线”信号。事故处理过程中，技术人员发现4-9 I段PTB相电压互感器炸裂，A、C两相电压互感器完好。

1.3 事故分析

本案列中，35kVPT接线为Y0/Y0/△接线，原理如

下图1所示：

图1

该变电站所负责的用电设备主要为10kV级大型卷扬机设备，由于多台卷扬机设备频繁不定时启动，造成负荷不稳定，无功补偿自动投切装置所控制的电容容量也不断来回切换，系统因直接突然投入和断开并联电容而引起谐振。由于系统出现谐振，4-9 I段PT C相电压互感器出现瞬间闪络，导致35kV母线I段C相瞬间出现接地，又使35kV母线I段B相产生事故短路过电压，以至于击穿B相绝缘，导致B相电压互感器炸裂。具体原因如下：

该电压互感器材料质量差，在送电前交接试验时试验项目虽然合格，但在长期运行状况时，其绝缘材料逐渐老化，当有冲击电压发生时，出现绝缘击穿现场。

当电压互感器铁芯达到饱和状态时，极易发生谐振，产生2～3.5倍额定电压的过电压和几十倍额定电流的过电流，从而引起电压互感器的炸裂、烧毁。

电压互感器高压绕组中性点直接接地，当电压互感器饱和引起铁磁谐振时无法消除。

电压互感器低压绕组开口三角形绕组两端直接接地，未并联阻尼电阻或消振器，起不到消除谐振的作用。

2 铁磁谐振

第一，在6～35kV系统中，系统回路中常常会由于类似“变压器、电压互感器、消弧线圈”等电感的磁路饱和激发连续性的高幅值的铁磁谐振过电压情况，此种现象的特点为：

（1）谐振回路中铁心电感是非线性的，电感量的变化紧跟电流量、铁心饱和处于稳定状态。

（2）铁磁谐振需要一定的触发条件，迫使电压值和电流幅值从正常转移到谐振状态。比如电源电压短时升高、供电系统遭受强烈的大电流冲击等。

（3）铁磁谐振本身具有自保持能力。当触发条件消失后，铁磁谐振过电压可继续存在。

（4）铁磁谐振的过电压按常理不会太过于超高，过电压幅值主要决定于铁心电感的饱和程度。

第二，铁磁谐振可以为基波谐振，也可以是高次谐波谐振和分次谐波谐振，它的共同特征为系统电压升高，出现绝缘闪络或避雷器爆炸，或产生高值零序电压，出现假接地和不正确的接地现象，也或者在电压互感器中出现过电流，从而导致熔断器熔断或互感器烧坏，母线电压互感器的开口三角绕组出现较高电压，致使母线绝缘监视信号动作。

第三，中性点直接接地系统铁磁谐振产生的原因。中性点直接接地系统中，电压互感器的绕组与三相电源电势分别相连，各点的电位是固定的，不会出现中性点位移过电压；如果中性点通过消弧线圈接地，消弧线圈的电感值对于电压互感器的励磁电感比较可以忽略不计，即为电压互感器的电感被短接，这样也不会引起过电压。可一旦由于人员操作失误或者正常倒闸操作过程中也会转变为等同于系统局部中性点不接地状态临时运行，此种情况时，铁磁谐振的触发条件一般为合刀闸和断路器分闸，在进行此种操作时，由于系统受到强烈的冲击，致使电感两端出现短暂电压升高、大电流的震荡或铁心电感的涌流现象，这种情况有很大概率会和断路器的均压电容一起形成铁磁谐振。

3 铁磁谐振对供电系统的影响

通过上述解析，我们可以知道，一旦线路发生单相接地或断路器操作等情况时，便会导致电压互感器电压升高，三相铁芯出现饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位漂移出线零序电压。由于电流不断增大，电压互感器铁芯也会磁饱和，一旦满足ωL=1/ωC时，具备谐振条件，就会谐振过电压。

谐振过电压的危害如下：

（1）当发生谐振过电压时，电压互感器一次励磁电流迅速增大，从而导致高压熔丝熔断。若是电流值还没有达到使熔丝熔断的数值，而是超过了电压互感器额定电流值，使电压互感器长时间处于过电流状态，电压互感器最终将会被烧损。

（2）当铁磁谐振出现后，系统从感性变为容性，电流基波相位发生180°变化，如此将使逆序分量胜于正序分量，导致小容量的异步电动机发生反转。

（3）铁磁谐振会引起高零序电压分量和假接地等。

4 针对案列事故应采取的防护措施

（1）选用电压互感器时，选择大品牌，质量有保证的产品，以防类似事故再次发生。

（2）合理改善电容无功补偿投切方式，避免频繁投入和断开。

（3）采用励磁特性好的电压互感器，使电压互感器在发生单相接地故障情况下铁芯不易饱和，避免感抗的减小，因而不能构成谐振的匹配参数，可以减少谐振发生的概率。

（4）在电压互感器一次绕组的中性点上接消弧线圈，可抑制或消除因电压互感器饱和所引起的铁磁谐振。

（5）在二次侧开口三角绕组加阻尼电阻，也就是将电阻角接至电压互感器中性点上，阻值越小，抑制谐振的发生的几率就越大。若电阻角接后阻值为零，也就相当于开口三角绕组短接，即电网中性点直接接地，这样就不会满足发生铁磁谐振的条件。

（6）在二次侧开口三角绕组加装微机消谐装置，正常工作情况下，开口三角端电压小于30V，而微机消谐装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统运行不会产生影响。当开口电压大于30V时，微机消谐装置开始采集数据，通过对采集到的数据进行分析、计算，从而得出故障类型。若当前是铁磁谐振，系统将马上启动消谐电路，让铁磁谐振在阻尼作用下快速消失。

5 结语

在供电系统中，成熟稳定的电力设备能大大提高系统供电的可靠性和稳定性，配用合理的消谐装置能很大程度上消弱供电系统内的谐振过电压。通过案列中对谐振事故的分析，利用铁磁谐振原理，根据实际工作经验对谐振过电压总结解决措施和预防方法，以便在实际工作中参考和运用，从而提高供电的安全性和可靠性。

参考文献

[1] 凌子恕.高压互感器技术手册[M].北京：中国电力出版社.

[2] 傅知兰.电力系统设备选择与实用计算[M].北京：中国电力出版社.

[3] 电力用电压互感器订货技术条件（DT/T726-2000）

[S].

35kV过电压保护器放炮事故分析 篇4

在超高压电网中,输电线路长,输送无功功率成本大,无功平衡要求高。因此,在变电站内安装并联电抗器集中补偿,使其运行电压维持在额定水平,改善电能质量,提高经济运行水平。干式空心电抗器由于具有结构简单、安装维护方便、线性度好、噪声低、抗短路能力强、设备成本低等优点[1],自20世纪80年代在我国得到迅速发展并广泛应用。随着干式空心电抗器运行数量的增加及运行时间的考验,技术不成熟和工艺控制不到位、设备运行老化等因素导致产品质量缺陷逐渐显现,给运行带来麻烦,采取积极有效的措施研究并改进运行中发现的问题,提高设备安全可靠性[2,3,4]。本文结合电抗器故障案例,根据现场运行工况、试验与解体分析设备故障原因,总结出电力设备运行时的常见隐患和故障现象[5],为今后的干式电抗器新建投运和运行维护提出防范措施,具有重要现实意义。

1 故障过程

500 k V NC变电站35 k V 1-2L电抗器在投切后出现故障情况,电流保护动作跳电抗器组开关,故障相别A相,运维人员随即现场检查,发现35 k V1-2L A相电抗器本体出现烧损现象。现场天气情况:晴,红外测温数据正常;负荷情况:#1主变有功225.8 MW,#1主变有功227.1 MW,35 k V1-2L电抗电流为765.8 A,线电压为35.5 k V。取录波图分析(以电抗C相故障开始时间为基准),00:41:46.481第一组#2电抗器保护CSC-231C保护启动,00:41:47.536第一组#2电抗器保护CSC-231C保护电流Ⅱ段动作I=1.799 A,第一组#2电抗器317开关动作。跳闸设备保护面板报文及指示灯指示情况:面板显示:“电流Ⅱ段动作”红灯亮。开关位置显示:绿灯亮。

2 现场调查分析

2.1 故障前运行状况

从运行测温监测数据中,如图1中可直观看出本组电抗器组故障前运行周期变化状况:电抗器运行曲线平缓低伏段为空载热备用时间段,而出现大的温度起伏密集变化的是投运的时间段,从红外监测数据看到整月中每个运行周期都有温度跃变且幅度较大,尤其故障前属于频繁投切周期。

电抗器故障前各相总体温度不平稳,有较明显的温度异常点,温度跃升大,对电抗器的包封绝缘情况威胁较大也反映在后期检查发现的电抗器与星架接头接触上的差异。其次,A、B、C三相电抗器温升不同步,可知三相电抗器远温度不平衡,非环境温度造成,由于电抗器内部工艺或绝缘存在一定差异性。

2.2 故障后现场检查

烧损电抗器为户外干式空心并联电抗器,型号为BKGKL-15 000/35 W,额定电压额定容量为15 000 kvar,额定电流753 A,冷却方式为自然冷却,绝缘耐热等级为B级,2007年3月投运。该站35 k V电抗器自投运以来,分别于2004年7月、2005年4月、2007年2月、2009年3月、2009年4月发生过6次烧损事故,此次故障的电抗器为2007年2月烧损后新更换的电抗器。

从现场检查的情况来看,35 k V 1-2L C相电抗器底部包封内侧有明显的烧损痕迹,下部线圈引线位置有燃烧痕迹,其连接条连接板裂开;其下部支持瓷瓶有不同程度电弧烧灼痕迹;在C相电抗器线圈故障部位下侧的地表有较多烧熔的铝屑;故障位置上方的防雨帽处较大火焰。

由于现场无法查看包封内部的烧损情况和电抗器的端部状况,仅通过观察包封外表、底部导线和撑条等部位,未发现明显的开裂现象。

3 试验测试情况

35 k V 1-2L电抗器上次例行试验时间是2011年,各项试验结果合格,2012年定期评价结果为正常状态。本次现场对35 k V 1-2L电抗器进行常规性试验项目中除不能测试故障相外,其余相绕组直流电阻、绕组匝间绝缘测试,试验数据如下。

3.1 直流电阻测试情况

使用直流电阻测试仪进行测试,35 k V 1-2L电抗器绕组直流电阻均满足状态检修试验规程要求(折算到20℃),试验结果见表1。

μΩ

3.2 绕组匝间绝缘测试

取35 k V 1-2L电抗器故障相与另两相本体进行绕组匝间绝缘测试检测,检查电抗器在降低电压下和全电压下的匝间过电压波形是否满足相关标准要求,测试结果见图2。

35 k V1-2L电抗器A、B相数据合格如图2 b)所示,C相电抗器图谱异常如图2 a)所示,且加压过程中电抗器外部有放电现象。结合故障前红外测温统计情况,初步判断电抗器故障类型为匝间、层间绝缘薄弱老化引起设备对接地体电弧放电[6]。

4 故障分析

4.1 理论分析及仿真

根据运行电抗器投切情况及故障后检查、试验情况,初步推断应该是设备切瞬间操作过电压致使电抗器出现匝间短路,产生较大电流,造成电抗器绕组层被破坏,电流产生的电弧将支柱瓷瓶部分损坏[7,8]。为进一步对绝缘层匝间短路阐述原因,通过电抗器的场强计算分析各包封绝缘承受裕度;根据电抗器出厂参数情况,对电抗器各故障状态引起的阻抗和过电压的变化进行了仿真计算[9]。

为了能够更清楚更全面地了解电抗器内部电场分布情况,根据包封剖面的实际情况,对电抗器的整个剖面可以近似地用二维模型构建。由上述仿真结果图3得知,电抗器的绕组绕匝厚度越到外层其匝数比越小,造成其外层绕组承受电场强度比内层的匝间要大;另外其包封内部的场强还与不同层的层间场强有关,可知该型号电抗器结构,包封内部的场强最薄弱位置就出现在最外层。

电抗器在投切过程中瞬间产生过电压,行波沿线圈传输暂态过程不均匀的,它主要是由线圈内部的分布电容和分布电感的电场或磁场感应过程所引起的[9]。感应过程造成回路中电感、电容随时间变化,仿真等效模型建立电抗器绕组内部等效电路时,利用Bergeron法则计算方法的特征线方程,把电抗器匝间分布参数的线段等值为电阻性网络;把各积分单元利用等效积累数学积分,将电抗器暂态参数等效为等值集中参数R、L、C来计算电路。在数学求解网络波过程时,把时间离散成一系列较小的时间间隔(计算n步),假定t时刻的状态作为已知数据;逐点计算出电抗器网络各节点电压、支路电流随时间、空间等参数变量改变规律和波形[9,10]。假设在两节点k、m间有一电容C电流与电压积分关系形势如公式(1)所示:

经过递推计算,得到如下的电容等值电流源递推如公式(2)所示:

根据上述理论公式推导,基于Matlab软件下加载求解得到仿真结果如图4所示。

由上述仿真结果可知,由操作产生的过电压沿电抗器的各个包封内的绕组进行传播,投切产生的瞬间操作过电压对封包前面匝数影响最大,其瞬时过电压可达到4 k V。过电压在整个电抗器匝间绕组中产生了电磁振荡,其振荡频率虽然不高但其幅值高、陡度大,结合电抗器剖面承受场强仿真可知,投切瞬间波过程叠加产生的操作过电压,会对电抗器的绝缘均造成疲劳损害[11]。为验证本次电抗器故障根本原因,还需进一步分析。

4.2 设备解体及原因分析

为查明本次电抗器故障原因,对故障相电抗器进行解剖检查及分析。现场试验人员将电抗器烧蚀处外包封第3层结构中间铝线清理出,检查发现电抗器接线首端内、外侧绝缘包封玻璃丝带及环氧树脂胶破坏严重,线圈故障部位下侧有较多烧熔的铝屑。

经成分分析发现电抗器包封内的包封层是以环氧树脂固化外包绝缘,其线圈有约75%的铝导线、25%的环氧树脂和玻璃纤维。以上各种材质膨胀系数各不一样,当温度发生变化时,电抗器封包易开裂而产生气隙;吸收水分,进一步加剧匝间绝缘的老化和劣化。由前文理论分析可知,电抗投切过程中过电压始线圈首端电位梯度很大。当存在导线存在上述缺陷,则会导致线圈匝间短路,尤其是线圈首端部分匝间短路,短路电流过大导致线圈烧坏或局部开裂等[12,13]。

进一步观察电抗器内外表面的变化,未发现可见缺陷;然后剥掉电抗器各包封内表面的包封层,对电抗器各包封层内表面进行剥离后,经仔细观察,发现原始的玻璃纤维层只有经向纤维,无纬向纤维,容易在纤维与纤维间出现横向裂纹。在电抗器频繁投切,增加横向匝间绝缘性能低,导致电抗器匝间易短路及匝间裂纹的发生和发展[13]。

5 结语