一起谐振过电压引起氧化锌避雷器爆炸事故的分析

一起谐振过电压引起氧化锌避雷器爆炸事故的分析

去年年底曲江县供电局110kV马鞍山变电站,发生一起35kV母线避雷器爆炸

事故。该站主变采用三圈变压器,35kV系统采用中性点对地绝缘方式,35kV母线上装设一组氧化锌避雷器和JDJJ型电压互感器三台,避雷器型号为HY5WZ-42/134,额定电压为42kV,持续运行电压为

23.4kV。根据变电站值班员反映,当时35kV系统的发出了几次接地信号,随后便发生35kV母线避雷器爆炸事故。针对这一起事故,我们进行了分析,排除产品质量因素和运行不当等影响,认为由于35kV线路接地导致系统揩振过电压,以及该型号的氧化锌避雷器其额定电压和持续运行电压取值偏低,才是这次事故中爆炸的主要原因。

中性点绝缘系统的电气设备绝缘水平是按线电压设计的。系统单相稳定接地时,相电压升高为线电压,本次事故中避雷器的额定电压42kV 是完全能够承受的。在雷电入侵情况时,按5kA下避雷器的残压计算,其作用时间很短(小于0.1秒,所以也不应成为避雷器爆炸的主要原因。对中性点绝缘系统,当系统发生单相接地时,故障点流过系统电容电流,未接地的两相相电压升高为线电压,通过电压互感器中性点接地构成零序回路;同时产生系统中性点的位移电压,成为振荡电压的等效电源,并且零序回路的电气参数都要发生变化。电压互感器的铁芯电感参数是随其铁芯饱和程度的变化而变化,一旦发生弧光接地,系统产生暂态涌流,在这一瞬间的突变过程中,电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大,甚至可能饱和,电感参数随之产生变化。

当零序回路中铁芯电感的等值感抗与系统分布电容的容抗相等或相近时,即

ωL=1/ωC时,发生串联谐振。由于接地电弧熄灭的时间不一样,不一定在每次出现单相接地故障时,电压互感器都会产生大的激磁电流,所以不一定每次都会出现串联谐振。当发生非线性谐振时,过电压幅值高达2-3倍相电压,而且作用时间长。况且在发生基频谐振的同时,还可能激发高频和分频谐振,两者叠加,将会产生更大的危害。

金属氧化物的额定电压是表明其运行特性的一个重要参数,也是一种耐受工频电压的能力指标,在《交流无间隙金属氧化物避雷器》(GB11032

-89中将它定义为“施加到避雷器端子间最大允许的工频电压有效值”。然而金属氧化物阀片的耐受工频电压的能力是与作用电压的持续时间密切相关,而且在定义中未给出作用的持续时间。

在本例中该型号的避雷器额定电压42kV,当发生谐振过电压情况下显然此取值偏低。虽然根据《交流无间隙金属氧化物避雷器》(GB11032 -89金属氧化物避雷器应有一定的工频过电压耐受能力,对中性点绝缘系统的10S耐受时间不应低于额定电压,然而发生谐振过电压时,金属氧化物避雷器承受的系统电压远超过其额定电压,而且耐受时间远不止10S。持续运行电压是金属氧化物避雷器的重要特性参数,对运行可靠性有很大影响,在《交流无间隙金属氧化物避雷器》(GB11032-89中将它定义为在运行中允许持久地施加在避雷器端子上的工频电压有效值。

它应覆盖电力系统运行中可能持续地施加在金属氧化物避雷器上的工频电压最高值。发生谐振时,过电压幅值高达2-3倍相电压,远高于系统最高运行相电压;把避雷器持续运行电压等同于系统最高运行相电压时(例如本例中该型避雷器持续运行电压为24.5kV,显然偏低。针对这次事故,我们认为在避雷器的选择上应尽可能选取额定电压和持续运行电压较高的一级,例如应选用HY5WZ-51/134型避雷器,额定电压为51kV,持续运行电压为40.8kV;另外应采取各种措施避免系统谐振,消除系统电压过高而对设备造成的不良影响。