一起諧振過電壓引起氧化鋅避雷器爆炸事故的分析

去年年底曲江縣供電局110kV馬鞍山變電站，發生一起35kV母線避雷器爆炸事故。該站主變采用三圈變壓器，35kV系統采用中性點對地絕緣方式，35kV母線上裝設一組氧化鋅避雷器和JDJJ型電壓互感器三臺，避雷器型號為HY5WZ－42/134，額定電壓為42kV，持續運行電壓為23.4kV。根據變電站值班員反映，當時35kV系統的發出了幾次接地信號，隨后便發生35kV母線避雷器爆炸事故。針對這一起事故，我們進行了分析，排除產品質量因素和運行不當等影響，認為由于35kV線路接地導致系統揩振過電壓，以及該型號的氧化鋅避雷器其額定電壓和持續運行電壓取值偏低，才是這次事故中爆炸的主要原因。

中性點絕緣系統的電氣設備絕緣水平是按線電壓設計的。系統單相穩定接地時，相電壓升高為線電壓，本次事故中避雷器的額定電壓42kV是完全能夠承受的。在雷電入侵情況時，按5kA下避雷器的殘壓計算，其作用時間很短（小于0.1秒），所以也不應成為避雷器爆炸的主要原因。對中性點絕緣系統，當系統發生單相接地時，故障點流過系統電容電流，未接地的兩相相電壓升高為線電壓，通過電壓互感器中性點接地構成零序回路；同時產生系統中性點的位移電壓，成為振蕩電壓的等效電源，并且零序回路的電氣參數都要發生變化。電壓互感器的鐵芯電感參數是隨其鐵芯飽和程度的變化而變化，一旦發生弧光接地，系統產生暫態涌流，在這一瞬間的突變過程中，電壓互感器高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至可能飽和，電感參數隨之產生變化。

當零序回路中鐵芯電感的等值感抗與系統分布電容的容抗相等或相近時，即ωL=1/ωC時，發生串聯諧振。由于接地電弧熄滅的時間不一樣，不一定在每次出現單相接地故障時，電壓互感器都會產生大的激磁電流，所以不一定每次都會出現串聯諧振。當發生非線性諧振時，過電壓幅值高達2－3倍相電壓，而且作用時間長。況且在發生基頻諧振的同時，還可能激發高頻和分頻諧振，兩者疊加，將會產生更大的危害。金屬氧化物的額定電壓是表明其運行特性的一個重要參數，也是一種耐受工頻電壓的能力指標，在《交流無間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032－89）中將它定義為“施加到避雷器端子間z大允許的工頻電壓有效值”。然而金屬氧化物閥片的耐受工頻電壓的能力是與作用電壓的持續時間密切相關，而且在定義中未給出作用的持續時間。

在本例中該型號的避雷器額定電壓42kV，當發生諧振過電壓情況下顯然此取值偏低。雖然根據《交流無間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032－89）金屬氧化物避雷器應有一定的工頻過電壓耐受能力，對中性點絕緣系統的10S耐受時間不應低于額定電壓，然而發生諧振過電壓時，金屬氧化物避雷器承受的系統電壓遠超過其額定電壓，而且耐受時間遠不止10S。持續運行電壓是金屬氧化物避雷器的重要特性參數，對運行可靠性有很大影響，在《交流無間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032－89）中將它定義為在運行中允許持久地施加在避雷器端子上的工頻電壓有效值。

它應覆蓋電力系統運行中可能持續地施加在金屬氧化物避雷器上的工頻電壓z高值。發生諧振時，過電壓幅值高達2－3倍相電壓，遠高于系統z高運行相電壓；把避雷器持續運行電壓等同于系統z高運行相電壓時（例如本例中該型避雷器持續運行電壓為24.5kV），顯然偏低。針對這次事故，我們認為在避雷器的選擇上應盡可能選取額定電壓和持續運行電壓較高的一級，例如應選用HY5WZ－51/134型避雷器，額定電壓為51kV，持續運行電壓為40.8kV；另外應采取各種措施避免系統諧振，消除系統電壓過高而對設備造成的不良影響。