一起因谐振过电压而引起的变压器故障-变压器产业网

　　在中低压电力系统中所发生的过电压事故大多由谐振引起。由于谐振过电压作用时间较长，不能用避雷器所限，且引起谐振的原因又很多，因此在选择保护措施方面有一定难度，所以在设计和运行中，需针对具体回路进行分析、计算，找到适当的防止谐振措施，本文以大唐太原第二热电厂的一起典型事故为例，介绍谐振过电压的分析过程和防止措施。

　　1故障过程及现象太原第二热电厂新机厂用电气一次主接线见（见下页）2003?09?07该厂79机组分别处于停机大、小修状态，9机6kVB段处于停电检修状态，高压启动变压器（以下简称高启变）接带机6kVA段运行，23在9机6kVB段母线恢复送电操作过程中，合1开关时，9机主控室警铃响，DCS画面上电气事故跳闸显示：609A? 1、169开关跳闸。DCS画面上“断水保护动作，高启变差动、重瓦斯、轻瓦斯动作，分接开关重瓦斯动作，609B开关控制回路、6kVA段母线TV回路断线，发电机变压器组CPU1、CPU2启动”光字红灯闪光；169开关油泵运转、合闸闭锁、分闸闭锁、压力异常闭锁，690A? 1、609B开关储能信号“光字灰闪；电气立盘上”控制直流系统故障总信号、备用B分支5DL（609B）保护装置故障“光字亮；继电保护室高启变保护屏上”高启变差动、轻瓦斯、重瓦斯、978机A、B分支备用侧开关，7、8机A、B分支厂用侧“红灯亮；7机方面：607A、607B开关掉闸失去厂用电，保安段自动切换为老厂来电源接带。9机立即停止任何操作，就地检查：高启变本体及169开关A、C相喷油、高启变压力释放阀动作喷油、6kV备用小间I0B段TV间隔内避雷器A相爆、B相崩裂。汇报值长，断开169北刀闸，断开609A开关。

　　2故障后现场检查处理情况现场发现高启变释压阀喷油，南侧（包括分支封闭母线铁盖上）有油迹。低压1分支绝缘为2.5 1麟魁：飞（溢男山融赴1遽祝热电电厂发％篦发电厂电电气运行工：作Www.cnki.net MA低压2分支绝缘为0M.变压器铁芯外引接地螺丝处有明显电烧灼痕迹。609B? 1的电缆试验正常，开关真空泡、绝缘子正常，开关小车下方阻容吸收器试验中放电声音异常，更换新品。高启变小间备用分支Iob的TV直流电阻、绝缘电阻、交流耐压正常。TV小车内避雷器A相爆散落的碳化硅电阻片中心无过流痕迹，其边缘烧灼严重，串联放电间隙烧灼严重，B相避雷器外部烧灼严重，瓷套裂，内部间隙及阀片基本正常。6kV备用B分支段小母线绝缘电阻、母线交流耐压试验正常。对变压器吊芯检查后发现，变压器低压侧2分支A相出线处线匝短路，高压侧A相绕组整体变形，A相高压绕组对铁芯及低压绕组击穿，中部绝缘垫块脱落半圈，被迫返厂更换全部线圈。对变压器绝缘油进行气相色谱分析显示，总烃、乙炔等气体含量大为超3校验计算对6kV备用Iob段的对地电容参数和TV的激磁电抗进行铁磁谐振校验计算按戴维南定理可将当时运行系统作出等值LC串联电路。其中：当时运行状态下的母线电缆对地电容平均值为测量6kVIob段TV的激磁阻抗在线电压下为369⑷，6kV7B段TV与6kVIob段TV型号相同，所以平均激磁阻抗为Xl=369/2=184.5k；符合铁磁谐振发生的条件。

　　一般铁磁谐振有几个主要特点：①对铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能有不止1种稳定的工作状态，如基波的谐振状态和非谐振状态。电路到底稳定在那种状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况，回路处在谐振状态下，将产生过电流和过电压，同时电路从感性突然变成容性，发生相位反倾现象。②非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制过电压幅值。此外，回路损耗也使过谐振电压受到阻尼和限制，当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强磁谐振过电压往往发生在变压器处在空载或轻载时的原因。③对串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的必要条件是：w=1/jLC<叫因此铁磁谐振可以在很大参数范围内发生。

　　实际运行和实验分析表明，在铁芯电感的振荡回路中，如果满足一定条件，还可能出现持续性的其他频率的谐振现象。若其谐振频率等于工频的整数倍，称为高次谐波谐振过电压。在某些特殊情况下，会同时出现2个以上谐振频率的过电压，但通常遇到的是单个角频率的谐振现象。必须指出，即使在单个谐振频率的条件下，实际波形中也往往存在一系列其他谐波分量，只是它们所占的比重要比谐振频率分量小的多，因此在一般的分析计算中只考虑谐振谐波项和基波项，而忽略其他谐波的影响。这样，可得出：单频谐波谐振时的相对地电压有效值的平方等于工频电压和谐振谐波分量电压的平方和。

　　与基波铁磁谐振的条件相类似，可以得出产生第K次谐波谐振的条件是电路中的非线性电感的第K次谐波初始感抗大于或接近于第K次谐波容抗，即：KwL>1/KwC或写成w　　电感压降与电流的夹角大于90°时，非线性电感呈现为负阻抗性质，它不但不从电源吸收功率，而且相反，它相当于1台第K次谐波频率的发电机向电路供给功率。这就是说，谐波谐振的能量是通过电感的非线性因素转化得来的。

　　4故障分析介绍电磁谐振（分频）一般应具备如下3个条件，①铁磁式电压互感器（TV）的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。②TV感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。③要有激发条件，如：投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。由前面分析可知，本次事故中具备了全部3个条件，导致了此次事故。

　　经检查分析，太原第二热电厂高启变B段避雷器A相散落碳化硅电阻无过流痕迹，边缘烧灼严重，放电间隙烧灼严重，调查老厂故障录波器波图后，基本判断为过电压原因。分析具体过程为：合609B? 1开关，因其真空泡内触头弹跳，造成过电压，609B一2小车的TV饱和，电感参数变化，发生铁磁谐振，路、严重过负荷、喷油。高启变高压侧A相绕组瞬间对地闪络，电压到零20ms继而引发A相绕组接地，100ms后，169开关跳闸，169开关A、C相喷油。