开封化肥厂

开封化肥厂 110/6kV 变电站频繁爆炸事故试验数据分析丁俊毅徐秀峰 乔玉龙摘 要：通过对开封东郊变模拟弧光接地试验的分析，以及河北正弦波电气公司弧光过电压记录数据的分析现场专家一致认为该变电站频繁发生一次设备爆炸的原因是：在暂态过程避雷器和消弧线圈没有起到任何抑制弧光过电压的作用；该变电站谐波含量太高，长时间运行严重的缩短了一次设备寿命；另外也发现该变电站投入的消弧线圈如果补偿不当还会给系统带来干扰。

关键词：过电压 弧光接地 消弧线圈Abstract：Based on the analysis of simulation arc grouding test at kaifeng east substation, and of arc overvoltage recording data from hebei sinewave electric company,experts on site agree that there are three reasons the substation’s primary equipments explode frequently.First,the arrester and Petersen circle have no work on inhibition arc overvoltage in transient process.Sencond,the substation’s harmonic content is too high and the primary equipment’s life is seriously shorted for long run.The third,if the compensation from Petersen circle is improper,it will disturb system.Keywords：overvoltage arc grounding Petersen circle一、概述开封东郊站是80年代开封建的第一个110KV变电站，设计前提是直接给国营大企业供电，由于运行时间较长，常常发生一些严重的恶性事故，特别是最近四天内连续发生了三次严重的爆炸事故（两次穿墙套管爆炸，一次PT爆炸）。

这样给可靠供电带来了极大的危害，因此由开封局生技部提议，省局生技部及省中试所共同组成测试试验小组，共同对东郊站进行全面试验，以便查找事故发生的原因，同时考验消弧线圈的作用。

在试验过程中，河北正弦波电气有限公司开发的电网过电压在线监测装置共记录数据13次，其中为了检验设备的连接是否正常而记录的一次正常数据（0053），由于试验人员把C相当地线接错线记录5次（0054－0058），投电容时起动两次（0059、0063）模拟电弧接地故障5次（0060－0065）。

二、试验与分析2.1试验时系统接线图：东郊变是110KV/6KV变电站，试验时母联开关打开，一号母线带化肥厂、炼锌厂及阀门厂备用负荷运行，在阀门备用出线试验小电弧弧光接地，在炼锌厂出线试验大电弧弧光接地，系统主接线图如下，现就每一次数据进行详细分析如下：试验时系统接线图2.2腾空北母线：接入消弧线圈，合六千伏东61开关通电试验数据文件0053.dat，该数据文件是系统正常时，为了检查设备正常与否而起动的，该波形的正弦波波峰为50kV（见0053图），对于6kV的线电压，其对地的相电压有效值是6000/1.732=3464V，其对地峰值是3464*1.414=4898V，显然，与0053图中所示的峰值接近5kV，是一致的。

通过该数据文件我们发现东郊变电站在正常运行时，谐波含量非常高，已经远远超出了国家电能质量许可的标准。

图形上显示已经可以看出谐波主要是3、5、7、9次谐波源。

这些谐波的存在主要有三方面的影响：一是大大的增加了线损；二是供电单位供出的电量比实际用户用的电量要小，因为谐波电量供电单位无法记量；三是如此大的谐波长时间运行将使供电的一次设备寿命急剧降低。

因此东郊站的谐波问题应该重视。

图示如下：0053数据波形图数据文件0059.dat，是系统在投入电容器时启动记录的数据，反应了投入电容器的操作过电压，同时数据也很好的反映了电容器存电时的高频延续过程，由于电容器的容量不同，存电的频率也有所不同，最高频为1000Hz。

也可以看出不带负荷时，系统的波形非常好，比0053记录的波形有极大的变化，数据文件0063也是不带负荷的波形，同样非常平滑，即谐波含量很小。

0059数据波形图下面我们把数据进行局部放大，详细分析记录的高频充电过程，0059数据放大的电容器震荡过程数据波形图图中触发该次动作的是C相0时刻的过电压值。

超过了蓝色线设定的门限。

因此触发过压记录动作。

第一个阶段：0---0.9ms产生两个高频振荡：0――0.6毫秒有一个28000Hz的衰减震荡，延续时间只有六个周波后衰耗到零；从0.6----0.9毫秒产生了第二个28000Hz的衰减震荡，其幅值更小，也延续数个周波后衰耗到零。

可以看到第二个衰减震荡是B相开关的接触电阻突然降低引起的。

应当说，整个合闸过程其机械动作的时间是用了0.9个毫秒完成的。

第二个阶段：图中 0.9――4毫秒的时间段，产生另外一个震荡频率为：f=1000*2.8=2800Hz的衰减震荡。

经过了9个周波，衰减为零。

A、B相对地电压同频、同相、同步，而C相震荡表现为反相位。

这与开关操作时的电网瞬时电压数值有关,从工频看A、B相电压处于下降态，C相处于上升态。

其后，三相电压进入正常状态供电状态。

过度过程结束。

整个过程持续了4ms。

以上是图示波形的表象分析。

我们很容易地根据图形表达的形状，写出三个正弦波衰减震荡方程式。

（此略）0---0.9ms是机械合闸动作过度过程，0.9---4ms时段是电气合闸后的过度过程。

从工频频率波形的延续连接线看，B相开关为先接触相，用了0.6ms完成了机械合闸接触动作。

对于少油开关来讲0ms虽然同时启动了机械设备，并且图形也显示了过电压的最大峰值，但是电气接触的时间依然有差异。

图中已经表现出机械接触同电气接触之间的差异。

数据文件0060.dat，是模拟弧光接地的第一个试验，熔丝为两条3A的熔丝并联接地，在实际的试验中一条烧断，另一条未断，相当于长时接地，瞬时峰峰值过电压为27. 8KV，因此说明弧光接地瞬时过压4.6倍。

由于超高压过程只持续了1ms的时间长度，因此该过电压损害力不是很大。

0060数据文件波形图数据文件0061.dat是模拟弧光接地的第二次试验，熔丝改为3A，该过程产生瞬时峰峰值电压为36KV，超高压持续时间为3ms左右，在170ms时，熔丝烧断，烧短后系统过压在7.5KV左右，这是正常的。

但这次数据中很好的记录了有些消弧线圈的一个毛病，就是自己在153ms－163ms时由于调节问题给系统造成了高频振荡过电压，幅值达7.3KV，频率达1000Hz左右，这主要是调节的电感和系统的分布电容不匹配造成的，这种方式很容易造成谐振过压现象。

0061数据文件波形图（暂态过电压数据）下面是消弧线圈的震荡过程数据图示0062数据文件波形图数据文件0062.dat是第三此弧光接地试验，熔丝在165ms时熔断，该次试验瞬时过压峰峰值为23KV，持续时间为1.5ms。

这次试验再一次记录了消弧线圈补偿不当造成的谐振过压问题，而且在90ms的起点，造成的是三相同时谐振，持续时间超过10ms之久，这样的谐振很容易烧坏PT等带铁磁的设备。

0062数据文件波形图放大由于上述试验发现的问题比较多，省局生技部及省中试所临时决定再增加三次试验。

数据文件0063.dat是第二次投入电容器的记录数据。

完整的记录了电容器存电的高频过程，也是操作过电压起动的记录。

由于没有真正的负荷，波形非常平滑，说明系统正常运行时大量的谐波源来自于用户。

0063数据文件波形图数据文件0064.dat模拟弧光接地试验。

瞬时过压峰峰值为29KV,超高压持续时间为1.7ms，熔丝长时间未烧断。

数据文件0065.dat模拟弧光接地试验。

瞬时过压峰峰值为30KV,超高压冲击过程持续时间为约2ms，熔丝较长时间才烧断，暂态冲击过程可以看出该次弧光接地消弧线圈没有起动，没有起到任何消弧作用。

0065数据文件波形图三、试验分析结论1、消弧线圈在瞬时过电压时根本没有任何反应，10ms以内的全部没有起作用。

据厂家说：该系统有随动调节能力，接地判断时间为5ms，5ms自动后投入，这一情况不一定能满足要求。

实践证明，要1ms投入，才可起到作用。

但是要求1ms投入，消弧线圈能否在1ms内判断出接地故障，这是个需要研究的课题。

2、消弧线圈如果补偿不当，可能本身给系统造成谐振过压问题，甚至有可能加大了过电压的峰值幅度,如果谐振时间太长则给系统造成的损害是很大的。

3、短距离输电，系统的分布电容较小，投入消弧线圈不一定有明显的好处，这里需要说明的是消弧线圈是补偿系统的电容电流，而系统的电容电流主要有两个来源，一是长线路的对地分布电容电流，另一主要来源是电缆，而本站距离很近的化肥厂是通过不到10米的母排连接的，这样的系统电容电流是很小的，造成消弧线圈准是在计算判断补偿，由于电容电流很小，造成补偿循环进行，结果就是带来系统振荡。

4、避雷器的动作电压及反应时限有待进一步确定。

如果避雷器反应太慢则对于暂态的雷击电弧产生的过电压根本起不到泄耗能量的作用。

5、弧光接地造成的过压，远远超过设备的设计承受标准。

如果持续时间较长，波形陡度太大，损坏力是非常大的。

如何解释单相电弧接地造成的毫秒级的高电压冲击波峰。

这是开合分路开关时电感电容等储能元件造成的过度过程。

也与少油开关的燃弧特性和熔断丝的电流电气特性有关。

需要更多的资料收集和计算分析，能给出它的解释。

6、本次试验还发现避雷器三相公共接地端已经脱落，对系统而言相当于没有避雷器在运行，因此对于检修工作还要进一步加强。

通过以上试验数据的分析，可以判断在大量谐波源存在的情况下大负荷运行，系统一次设备的寿命会大幅的减短；消弧线圈在本站根本没有起到任何作用；避雷器三相公共接地端的脱落造成系统发生内外过电压时系统没有任何保护，当发生过电压时超过设备承受能力后，一次设备就容易损坏；变电检修工作必须加强。

本次试验发现的问题对于我局其他变电站的运行有非常大的借鉴意义。

作者简介：丁俊毅 许昌龙岗发电有限责任公司设备管理部 461690丁俊毅， 男，1975.12，河南许昌龙岗发电有限责任公司电气二次班长，长期从事火力发电厂电气二次工作。

电力工程师， 电子邮件：xlgdjy@徐秀峰 华北电力大学研究生院 071003徐秀峰，男，1977.7出生，广西南宁供电局调度管理所继电保护专责工程师，长期在电网调度部门从事继电保护、电网规划等工作，现在职攻读华北电力大学（保定）工程硕士，研究方向为继电保护与自动远动技术。