4PT优化接线图.docx

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4PT优化接线图

重庆市电力公司文件

渝电生〔2007〕92号

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关于印发《重庆市电力公司防止10千伏

真空开关柜故障的有关技术措施》的通知

公司所属各供电局,超高压局,公司所属各供电公司,重庆电力设计院：

现将《重庆市电力公司防止10千伏真空开关柜事故的有关技术措施》印发给你们，请立即组织有关人员学习并认真贯彻执行，各单位在执行中如发现问题，请及时向市公司生产技术部反映。

附件：

1.重庆市电力公司防止10千伏真空开关柜事故的有关技术措施

千伏PT柜频繁发生爆炸事故的分析

3.真空断路器“截流”和“重燃”问题说明

主题词：

输变电设备措施通知

抄送：

试验研究院，渝能（集团）有限公司。

重庆市电力公司总经理工作部2007年12月25日印发

附件1：

重庆市电力公司防止

10千伏真空开关柜事故的有关技术措施

近几年来，市公司10千伏开关柜设备通过规范和完善设备选型标准、招投标行为，逐步实现了设备规范化的全过程动态管理，对不满足要求的开关柜进行综合治理，严格执行反事故措施，杜绝了“火烧连营”等重大事故的发生，10千伏开关柜短路事故率明显下降，使10千伏开关柜设备的安全运行水平得到整体显著提高。

但是，10千伏开关柜在运行中仍然不时发生短路，这其中，除了产品质量原因外，也有系统、设备发展水平、目前采取的技术措施不完善等诸多原因，因此，有必要针对10千伏开关柜典型、重复出现的事故进行系统分析，总结出当前影响10千伏开关柜安全运行的突出和关键问题，并在此基础上，从管理、技术和运行等方面提出一些具体的预防措施，以保证10千伏开关柜的安全、稳定运行。

这些预防措施是原有相关反事故技术措施的补充、具体内容和要求如下：

一、防止.短路事故

1、要求永川供电局、长寿供电局和万州供电局按改进优化方案（见附图2）对PT二次接线部分和零序.进行改造，此改造工作须在2008年6月30日之前完成。

2、要求公司范围内的其他供电局按改进优化方案（见附图2）对PT二次接线部分进行改造，此改造工作须在2008年3月30日之前完成。

3、从2008年开始，所有新建和改造项目的10千伏PT部分都要求按改进优化方案（见附图2）进行接线和配置。

二、防止RC保护装置、避雷器等元器件故障

1、真空断路器开关柜内不需配置RC保护装置；除专用负荷出线回路外，真空断路器出线开关柜内不需装设氧化锌避雷器来防止操作过电压。

RC保护装置的拆除工作要求在2008年12月30日前完成；真空断路器出线开关柜内已装设了氧化锌避雷器的可不安排拆除。

2、更换所有真空断路器开关柜内的瓷外套式避雷器为硅橡胶外套式氧化锌避雷器，要求在2008年12月30日前完成。

3、为防止电容器操作过电压，在并联电容器首端装设氧化锌避雷器，另外在真空断路器开关柜内装设氧化锌避雷器。

此项检查和改造工作要求在2008年6月30日前完成。

4、为防止线路侵入的雷电波过电压，10千伏进、出线端及主母线均装设氧化锌避雷器，但各出线端氧化锌避雷器不能装设在真空断路器开关柜内；若10千伏出线全部为电缆，只需在主母线上装设氧化锌避雷器。

此项检查和改造工作要求在2008年12月30日前完成。

三、防止真空断路器故障

1、缩短真空灭弧室与操动机构不是一体化的真空断路器（如ZN28、ZN5等）机械特性测试周期至一年，对此类真空断路器，各运行维护单位应结合开关柜更换工作纳入年度技术改造计划，要求在三年内更换改造完毕，控股公司暂不考虑改造。

2、要求对每台真空断路器每年进行分、合闸操作3次及以上。

3、真空断路器须按照预试定检周期进行机械特性测试和真空度检测。

4、各运行维护单位应加强对各种型号、规格真空断路器分、合闸线圈的储备和管理，要求每个变电站应储备两套各种型号、规格真空断路器分、合闸线圈。

四、防止隔离开关触头、手车隔离插头接触不良

1、要求在柜门外能观察到隔离开关触头的操作到位情况和接触情况。

2、每次操作后都要求通过观察窗检查离开关触头的操作到位情况。

3、在柜门外不能观察隔离开关触头的操作到位情况和接触情况的开关柜应逐步装设开关柜温度在线监测系统。

五、防止真空断路器开断容量不足

1、要求各运行维护单位应每年对本单位系统短路容量进行一次全面的校核。

2、当本单位系统参数发生变化时，各运行维护单位应及时核算系统短路容量，若发现断路器开断容量不足应及时安排技术改造。

3、真空灭弧室与操动机构不是一体化真空断路器的实际开断电流应按额定开断电流的85%考虑。

附图：

图14PT接线基本原理图（优化改进前）

图2优化4PT方案原理接线图

附件2：

10千伏PT柜频繁发生爆炸事故的分析

一、原因分析

在中性点不接地系统中，由于线路单相接地短路、线路断线、操作空母线等原因，在运行中往往容易激发电压互感器发生铁磁谐振。

当出现铁磁谐振时，将产生高于额定值几倍甚至几十倍的过电压和过电流，会导致电压互感器高压绕组烧损；同时，在电网导线对地电容较大的系统中，其暂态过程往往容易产生超低频振荡过电流，会导致高压熔断器熔断。

电力系统工程技术人员对此进行了很多的研究和试验，也采取了一系列的消谐措施，并付诸实施。

这些措施一般可归纳为三大类：

一是改变参数，消除谐振产生的条件；

二是谐振发生后接阻尼电阻，增大回路阻尼效应，抑制谐振；

三是改变互感器接线方式，使互感器的电感在激发条件下不改变，不具谐振发生条件。

运行经验表明，采取第三类措施（4PT接线方式）在消除谐振方面具有突出的作用，特别是10kV配电网中效果尤为明显。

大连电业局曾经于83年就开始采用“4PT”接线方式，取得了显著的效果，基本避免了铁磁谐振的发生，后来该接线方式在国内也得到广泛的应用。

铁磁谐振发生的根本原因在于电压互感器铁心在某些激发条件下饱和，使其感抗变小，并与线路对地电容的容抗相等所致。

如果采用电压互感器一次绕组中性点经零序电压互感器接地，在此情况下，如发生单相接地故障，电压互感器中性点对地有相电压产生，而主PT仍处于正序对称电压之下，互感器电感并不发生改变，则PT各相绕组跨接在电源的相间电压上，不再与接地电容相并联，因而不会发生中性点位移，也就不会发生谐振，因此，“4PT”接线对抑制铁磁谐振的发生是很有效的措施。

图14PT接线基本原理图（优化改进前）

当系统接地故障消逝后，健全相积累的电荷必须经电压互感器（其中性点接地）对地放电，使电压恢复到正常的电压下，现场测试和理论分析表明，这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍，可导致高压熔断器熔断。

这种放电电流频率很低，幅值大，一般称为超低频振荡电流，超低频振荡电流的危害目前在系统中很普遍（因为系统电容比以往大很多）。

当中性点经零序电压互感器接地后，由于零序电压互感器的电阻和高电抗，使超低频振荡电流幅值得到有效的抑制，因此，“4PT”接线对抑制这种超低频振荡电流幅值也是很有效的措施。

为有效消除配电网中性点不接地运行方式可能引起的铁磁谐振和超低频振荡电流的发生，重庆电网在上世纪80年代就把变电站10kVPT改为四星型接线（即在三相中性点串入一同型号PT，也称为零序PT），如图1所示，经过多年运行，在防止谐振方面取得了显著效果。

但是，在实际运行中，重庆电网中的PT烧毁、PT熔断器频繁熔断等现象仍然经常发生，有的供电局还连续发生多次，经分析，一般有以下几种原因：

1、第1类为二次接线错误，如发生两点接地，导致零序电压互感器的二次绕组短接，因为接线中二次只允许有一点，即N点接地，否则，若还有其他接地点，则将使互感器烧毁。

值得警惕的是，这种错误，在正常运行中不会有问题，正是这样，错误不会被发现，待发生事故时才能察觉。

如2006年12月6日永川供电局220kV茶店变电站II段PT柜爆炸事故。

2、第2类为电压互感器本身存在质量问题，如经常发生一次绕组匝间绝缘降低，出现匝间短路而烧坏。

如2007年10月5日长寿供电局110kV三观变电站I段PT柜爆炸事故。

3、第3类为主PT二次开口角短接回路，因电容放电电流使开口角绕组热容量不够而烧坏。

将主PT的二次剩余电压绕组接成闭合三角形，在稳态下三相电压对称，开口角回路无电压，一般可以将其短接，这样，闭合三角形可以消除零序磁通（包括三次谐波）导致正常运行时的三相电压不平衡和继电器回路电压超标的现象。

如2006年12月21日与2007年3月22日永川供电局220kV茶店变电站II段、I段PT柜的两次爆炸事故。

4、第4类为系统出现超低频振荡过电流，零序电压互感器承受的电流很大，一般是主PT绕组的三倍，使零序电压互感器的热容量不够而烧坏。

如2007年7月31日与2007年8月22日永川供电局110kV胜利变电站II段PT柜的两次爆炸事故。

二、“4PT”接线方式的改进与优化方案

针对接二连三出现的PT烧损事故，大连第一互感器厂进行了这方面的尝试，对“4PT”接线方式进行了改进与优化，在工厂试验室进行了动模试验验证，在辽宁铁岭供电局进行了现场试验验证，并在大连供电局和浙江衢州供电局挂网运行，效果显著。

改进与优化方案涉及两方面内容：

a.接线方式的改进，即将主PT的二次开口角回路与零序PT的一个补偿绕组串联后接电压继电器。

b.零序电压互感器区别于主PT的参数设计，增大了直流电阻与交流励磁阻抗。

改进后，零序测量回路是三相PT（主PT）的开口三角与零序PT的一个测量绕组按正极性串联的，它包含了三相PT的少部分零序电压，测量要比原来精确，同时由于零序回路不是短接的，避免了因电容放电电流使开口角绕组热容量不够而烧坏的隐患，同时，通过改变零序电压互感器的参数设计，增大了直流电阻与交流励磁阻抗，其热容量得到增大，这样可以有效的抑制超低频振荡过电流导致的零序电压互感器烧坏，因此改进与优化后的方案除保留了原“4PT”接线方式的消除铁磁谐振和抑制超低频振荡功能外，还可以有效防止目前运行中经常出现的第3类、第4类障碍、事故的发生。

图2优化4PT方案原理接线图

附件3：

真空断路器“截流”和“重燃”问题说明

真空断路器因其具有维护量小、适合频繁操作的特点而在12与千伏电网中广泛应用。

但在其发展初期，由于真空断路器的“截流”和“重燃”问题而限制了真空断路器的系列发展。

真空断路器截流过电压：

当真空断路器开断电感电路中的小电流时，将产生截流过电压。

这种过电压的产生是由于真空断路器在截流开断后，负载内部将发生一个电磁振荡过程，直到将所储存的能量全部损耗完为止。

在此振荡过程中，负载两端将出现一个过电压。

“截流”的后果主要是开断感性负荷时产生过电压危害绝缘。

“截流”现象不是真空断路器特有的，其它断路器也存在，只是真空断路器因其断弧能力强而尤为突出。

真空断路器投切并联电容器组时将出现重燃过电压：

“重击穿”现象常发生在电弧熄灭后几毫秒到几秒，其后果主要是产生过电压危害设备绝缘，开断容性负荷电流时尤为严重。

真空断路器的“重击穿”与其它断路器不同，其它断路器发生“重击穿”时断路器不能灭弧而必将爆炸，因此其它断路器设计时就不允许“重击穿”。

真空断路器发生“重击穿”一般能够自行熄灭电弧而不一定爆炸，即真空断路器“具有自卫灭弧能力”，原因是真空电弧压降比其它气体电弧压降低得多，其能量较小，但是“重击穿”在电容设备上的过电压具有恶性循环的后果。

一次重击穿过电压为3Ugm,二次重击穿过电压为5Ugm,依次击穿过电压按照7Ugm、9Ugm,增加，对于电容器是非常危险的。

真空断路器的重燃运行中会引起断路器、电容器爆炸事故。

在真空断路器的发展初期，由于真空断路器的重燃问题和截流问题较严重，引起的断路器爆炸和开关柜绝缘损坏短路事故常有发生。

为防止真空断路器的操作过电压，一般采取如下措施：

1、在负荷端并联RC保护装置：

在负荷进线端并联电阻R和电容C的串联保护装置，可使操作过电压得到抑制。

这是因为，电容器既可减缓过电压的上升陡度，又可降低负载的波阻抗，因而可降低截流过电压。

而在发生截流时，电阻R能消耗负载电路中的高频振荡能量，使过电压得到有效地抑制。

需要指出的是，在实际运行中，在开关柜内采用RC保护装置常常因装置本身的质量问题引发开关柜短路事故，如江津供电公司110千伏富家变电站近几年发生的几次10千伏真空断路器开关柜短路事故就是由于这一原因引起。

2、加装避雷器：

采用避雷器是限制各种类型过电压的有效措施。

避雷器工作在伏-安特性的高欧姆状态（高阻态），仅流过几微安的容性电流，在过电压袭击下能急速转入高导电状态而产生对电流，一旦避雷器端电压降到长期允许值以下，即恢复高阻态。

它不仅能防止累电流对电气设备的危害，还特别适合各种操作过电压，对保护电容器组免受操作过电压的损害也特别有效。

需要指出的是，在实际运行中，在开关柜内采用瓷外套式避雷器常常因避雷器发生爆炸而引发短路事故，因此，在开关柜内一般要求采用硅橡胶外套式氧化锌避雷器。

目前，已开发和制造出低截流水平、低重燃率的真空断路器（序列号ZN12以上）。

主要是真空灭弧室的性能在以下几方面得到提高：

第一，采用低截流水平的触头材料，使其截流水平通常可控制在以下；第二，触头结构方面，纵向磁场触头结构和低截流水平触头材料的结合，既提高了真空断路器的开断能力，又降低了因截流而引起的操作过电压；第三，制造工艺水平的改进和提高，尤其是一次封排技术的普遍采用及彻底的长时间的烘烤去气和有效的电流、电压老练，使得真空灭弧室的截流水平和重燃率有了明显的降低。

因此，从目前真空断路器的开发和制造水平看，真空断路器的“截流”问题已得到根本解决，不需采取任何其它措施来防止真空断路器的“截流”操作过电压，重庆电网近十年的运行实践也充分证明了这一点。

但真空断路器投切电容器组的“重燃”问题，目前采取的措施只是将真空灭弧室进行“老炼”后出厂投入运行，然而在现场运行中由于真空断路器重燃导致的事故屡屡发生，说明现有真空断路器的性能仍然不能满足要求。

目前还需采取如在真空断路器开关柜内装设氧化锌避雷器，电容器组选用经“老炼”低重燃率的真空断路器等措施来防止电容器操作过电压。