一起WBB高压无功偿装置电流互感器爆炸事故分析及改进措施

1、引言

近年来，随着国家对电网质量要求的大幅度提高，加快电网建设势在必行，无功补偿装置的使用是电网建设中必不可的一部分。在无功补偿装置中使用电流互感器和微机综合保护装置是为了有效的保护电容器组合闸涌流过大、电容量过载运行等。

2、背景事故介绍：

2012年1月21日晚21：45：37时，某大型化工厂配套使用的笔者公司WBB2-10-400-2 无功补偿装置主柜柜内3只电流电流互感器炸裂，3只熔断器熔断，其中B相熔断器上的固定熔丝的钢丝弹簧烧断，A相电流指针表烧坏，表盘烧破，电流表线圈烧断，主柜侧板周围的固定螺丝脱落，前门板电磁锁固定螺丝脱落，前门板被气浪冲开。柜正门完全打开后约与配电室大铁门成90度角，据当晚值班电工介绍事故爆炸试过直接将配电室大铁门的一把大门锁冲断，门锁孔已经完全折断。在距离配电室大门约200米处有一岗哨，当据目击者介绍，晚他听到“嘭”的一声巨响，随后看到有一巨大火球喷出，把配电室的大铁门冲开。事故导致该工业园区50000KVA 110KV/10KV中压侧断路器跳闸，位于该工业园区10KV中压侧其他两家工厂同时停电，共停电约1小时9分钟。笔者受公司委派，前往现场调查事故原因。

 3、事故原因分析：

   3.1 用户电网配电及补偿简介  

 经咨询用户电气负责人，得知该厂无独立变压器，直接从变电站引10KV电源，变电站变压器为50000KVA,110KV/10KV,10KV侧供给该工业园区4家工厂供电，每家工厂分别补偿无功。 用户配电系统图如下：

                                  图1

目前该厂实际用电负荷约为3000KVA，无功补偿装置进线端直接挂在主母线上。补偿容量如下：

                                  表1

3.2现场记录情况。

通过查看配电室高压开关柜出线柜珠海万力达MCPR-310Hb-3型微机电容器保护装置参数，电流互感器型号为LZZBJ9-10A1 100/1 0.5/5P10，CT接线方式为三相，PT接线方式为YY型，该综保内动作报告09号记录显示2012.01.21  21：45：37显示，速断电流保护动作，Ia=015.79A, Ib=019.50A, Ic=017.94A,该值为二次从该记录显示，B相速断电流最大，由于互感器变比为100/1，则可以判断一次电流为1950A，这与电容柜主柜内B相熔断器钢丝弹簧烧断，而A、C相熔断器熔丝虽然熔断，但弹簧没有被烧断相吻合。

2.13日，经笔者查看总控室电脑后台记录的高压电容出线柜电流数据如下：

                              表2

上述电容组投切情况与笔者查看的电容柜上面的综保记录真空接触器分合记录相同。无功补偿装置上面的各柜微机综保在跳闸之前的记录数况如下：

1#柜WZB-2641-5000显示：

51#事件报告记录时间  21：40：38.409    开关变位  开入2  合→分

52#事件报告记录时间  21：40：38.434    保护动作：过电流

53#事件报告显示时间21：40：38.335      保护动作：速断

2#柜WZB-2641-5000显示：

 63#报告记录  时间21：45：57.696     开关变位置 开入1   合→分

3#柜WZB-2641-5000显示：

57#事件记录取  21：36：21：36：08.183 

从0：00-21：00记录的各相电压显示电压在10.37-10.59KV之间波动，属于正常情况。

4、事故原因分析：

4.1电流互感器烧毁的可能原因分析

经咨询电流互感器厂家，结合笔者分析电流互感器烧毁原因的可能原因有以下六点：

4.1.1、电流互感器二次开路，产生高压，使电流互感器烧坏；

4.1.2、电流互感器使用年限过长绝缘老化或电流互感器质量存在问题。一般电流互感器在制造过程中绝缘体（环氧树脂）存在气泡或绝缘材料不纯，经过一定时间的运行，绝缘不断下降，最后导致击穿炸裂，局部发生击穿或放电，产生过电压，使电流互感器发生烧坏；

4.1.3、电流互感器一次连接铜排接触面氧化过重，接触电阻过大，发热使电流互感器烧坏；

4.1.4、用户超负荷运行时间长，使电流互感器发热烧坏，过电流长时间流经互感器，导致互感器过热而裂开了（估计是电流回路中出现了过电流，产品发热裂开了（如玻璃杯见开水裂开了）。 电流互感器内部是个铜导线，长时间导电运行后，24小时，温升电流就稳定了，如没有外因，不应过热的；    4.1.5、熔断器熔断了，应该是前面回路出现了大电流，熔管熔断的不及时（速度慢），可能是熔断器或电抗器内部爬电引起；

4.1.6、有猫狗等小动物进入电容柜引起短路，也或者是设备有灰尘后及潮湿，引起过电流。

针对上述4.1.1项，经笔者用万用表测试三只电流互感器二次回路串入综保和指针表均显示通路，排除4.1.1项。因如果电流互感器质量产生问题，一般情况下是某一只出现炸裂，而三只电流互感器都出现炸裂的现象说明质量有问题的可能性很小，排除第4.1.2项。4.1.3项的可能性也很小，主要是与电流互感器或熔断器接触的铜排或软导线连接不紧，因此也排。从现场的情况来看没有这种现象，因该柜密封较好，笔者去查看时已经不是第一现场，经咨询值班电工及笔者现场查看，该配电室门窗封闭性很好，没有猫狗等小动物进入，因此也排除第4.1.6项。据此笔者判断，从高压电容出线柜监测的21日电压及电流数据来看（见上表），从当日0：00到事故发生前的21：00期间，电压在10.37-10.59KV之间波动，电流在22A—79A之间波动，完全属于正常的波动情况 ，所以应该是突然出现的短路造成的爆炸。

经笔者仔细观察除电流互感器、熔断器的选型都是合理的。除电流互感器击穿以及熔断器熔断外的其它相关上下级设备都还正常。经过对比运行数据分析，以及变电保护装置事先没有任何的提示与报警，分析电流互感器爆炸应该是在正常的运行状况下突然发生的。原因如下：

由于该厂属于煤焦化行业，一般情况下变流装置较多，高次谐波比较严重，在正常情况下，电容器组是不会出现过负荷的，但系统中除了工频以外，还夹杂着各次谐波，各次谐波均会通过电容器组形成电流回路，出现各次谐波对应的谐波电流，有时某次谐波电流幅值是很大的，而考虑工频和各次谐波叠加后的总电流，就可能会超过电容器组的额定电流，出现过负荷的情况。出现过负荷时会有大电流通过熔断器涌入电容器。而BRW系列熔断器的散热主要靠金属端盖和尾线通过热传导来完成。在正常的工作条件下，即在通过电流等于或低于熔丝额定电流值时，熔体的温度由这两部分的温升限值来限定某一较低的温度，此时发热与散热保持平衡，保证熔断器长时间稳定工作状态，此时若失去电流，熔断器则可恢复到原来的状态，包括熔体在内的各部分都能保持初始状态不变。当通过熔丝的电流达到高于其额定电流的某个值时，熔丝熔体及各部位的发热都将按电流的平方关系增大，温度升高又使熔体电阻增大，加剧其发发热，而熔丝与端盖，熔丝尾线与熔体的压接处以尾线本身的温度升高又恶化了熔体发热量向外部传导。当散热跟不上发热，热平衡不能维持时，熔体温度加快上升，由于熔体材料的不均匀和加工工艺的差别，在熔体上的某一点出现过热，此处的温度升高达到熔体材料的软化点时，由于熔体尾部弹簧力的作用开始局部变细，此时其他温度不再升高，热量主要由变细的部分吸收，形成熔化区，在弹簧力和磁场力的作用下，熔化区进一步收缩变功，直到形成间隙产生电弧，在电弧的作用下熔化区的熔体快速气化，并喷出弧光，当通过熔丝的电流很大时，如高达十几倍或几十倍熔丝额定电流时，由于输入的能量很大，几乎来不及传导，即绝热过程，此时熔体的熔化与气化几乎在同一时刻完成，并产生电弧。而开断时的电弧熄灭是靠灭弧管在电弧高温灼烧下产生大量气体，在外管内形成高压，向尾部喷射强气流来完成的，电流越大，短时间内积累压力越高，此时，如果熔断器灭弧不强，则易发生息弧能力不强，造成两边的A、C相短路。

短路瞬间，引起的大电流至电流互感器内部的导线温度急速上升，迅速膨胀，使包裹导线的树脂材料炸裂，产生爬电，发生巨大的火球从柜内喷出，产生强大气流，将柜门及配电室大门冲开，此分析与该柜WZB-2641微机综保先报过流，再报速断跳闸，以及B相熔断器熔体的弹簧烧断（AC相熔断器熔丝虽然熔断，但弹簧没断）的现象是一致的。

5、整改措施：

5.1将该公司另一段母线补偿装置（当事未使用）内的主柜综保、三台电容器、电抗器更换到出事故的主柜内，先保证了对该厂无功补偿的需要；

5.2 将原事故柜内的综保、电容器、电抗器拆除，分别发回供方厂家进行检测是否合格。

5.3根据上述笔者分析，结合电流互感器厂家工程师意见，一致无功补偿装置内BRW系列喷逐式熔断器存在质量问题，后更换了另一家公司的熔断器；

5.4 通过更改电气原理图，使控制电容器投切的高压真空接触器进一步延时投切时间；

5.5 重新整定WZB-2641综保参数及ABB 公司RVT-6电容投切控制器参数；

5.6在今后的熔断器安装过程中应尽量减短熔断器引线，如果熔断器熔断喷逐时其引线舞动，也会导致与其它相短路发生爆炸，熔断器安装方式值得关注，尾线过长且不加固定是隐患。

6、结束语

   该事故于2012年2月上旬处理完毕，运行一年多来，补偿效果良好，再也没有出现过异常情况。

参考文献：

1、史班，高压并联电容器单台保护熔断器的选用导则，无功补偿装置，2005（2）

1、引言

近年来，随着国家对电网质量要求的大幅度提高，加快电网建设势在必行，无功补偿装置的使用是电网建设中必不可的一部分。在无功补偿装置中使用电流互感器和微机综合保护装置是为了有效的保护电容器组合闸涌流过大、电容量过载运行等。

2、背景事故介绍：

2012年1月21日晚21：45：37时，某大型化工厂配套使用的笔者公司WBB2-10-400-2 无功补偿装置主柜柜内3只电流电流互感器炸裂，3只熔断器熔断，其中B相熔断器上的固定熔丝的钢丝弹簧烧断，A相电流指针表烧坏，表盘烧破，电流表线圈烧断，主柜侧板周围的固定螺丝脱落，前门板电磁锁固定螺丝脱落，前门板被气浪冲开。柜正门完全打开后约与配电室大铁门成90度角，据当晚值班电工介绍事故爆炸试过直接将配电室大铁门的一把大门锁冲断，门锁孔已经完全折断。在距离配电室大门约200米处有一岗哨，当据目击者介绍，晚他听到“嘭”的一声巨响，随后看到有一巨大火球喷出，把配电室的大铁门冲开。事故导致该工业园区50000KVA 110KV/10KV中压侧断路器跳闸，位于该工业园区10KV中压侧其他两家工厂同时停电，共停电约1小时9分钟。笔者受公司委派，前往现场调查事故原因。

 3、事故原因分析：

   3.1 用户电网配电及补偿简介  

 经咨询用户电气负责人，得知该厂无独立变压器，直接从变电站引10KV电源，变电站变压器为50000KVA,110KV/10KV,10KV侧供给该工业园区4家工厂供电，每家工厂分别补偿无功。 用户配电系统图如下：

                                  图1

目前该厂实际用电负荷约为3000KVA，无功补偿装置进线端直接挂在主母线上。补偿容量如下：

                                  表1

3.2现场记录情况。

通过查看配电室高压开关柜出线柜珠海万力达MCPR-310Hb-3型微机电容器保护装置参数，电流互感器型号为LZZBJ9-10A1 100/1 0.5/5P10，CT接线方式为三相，PT接线方式为YY型，该综保内动作报告09号记录显示2012.01.21  21：45：37显示，速断电流保护动作，Ia=015.79A, Ib=019.50A, Ic=017.94A,该值为二次从该记录显示，B相速断电流最大，由于互感器变比为100/1，则可以判断一次电流为1950A，这与电容柜主柜内B相熔断器钢丝弹簧烧断，而A、C相熔断器熔丝虽然熔断，但弹簧没有被烧断相吻合。

2.13日，经笔者查看总控室电脑后台记录的高压电容出线柜电流数据如下：

                              表2

上述电容组投切情况与笔者查看的电容柜上面的综保记录真空接触器分合记录相同。无功补偿装置上面的各柜微机综保在跳闸之前的记录数况如下：

1#柜WZB-2641-5000显示：

51#事件报告记录时间  21：40：38.409    开关变位  开入2  合→分

52#事件报告记录时间  21：40：38.434    保护动作：过电流

53#事件报告显示时间21：40：38.335      保护动作：速断

2#柜WZB-2641-5000显示：

 63#报告记录  时间21：45：57.696     开关变位置 开入1   合→分

3#柜WZB-2641-5000显示：

57#事件记录取  21：36：21：36：08.183 

从0：00-21：00记录的各相电压显示电压在10.37-10.59KV之间波动，属于正常情况。

4、事故原因分析：

4.1电流互感器烧毁的可能原因分析

经咨询电流互感器厂家，结合笔者分析电流互感器烧毁原因的可能原因有以下六点：

4.1.1、电流互感器二次开路，产生高压，使电流互感器烧坏；

4.1.2、电流互感器使用年限过长绝缘老化或电流互感器质量存在问题。一般电流互感器在制造过程中绝缘体（环氧树脂）存在气泡或绝缘材料不纯，经过一定时间的运行，绝缘不断下降，最后导致击穿炸裂，局部发生击穿或放电，产生过电压，使电流互感器发生烧坏；

4.1.3、电流互感器一次连接铜排接触面氧化过重，接触电阻过大，发热使电流互感器烧坏；

4.1.4、用户超负荷运行时间长，使电流互感器发热烧坏，过电流长时间流经互感器，导致互感器过热而裂开了（估计是电流回路中出现了过电流，产品发热裂开了（如玻璃杯见开水裂开了）。 电流互感器内部是个铜导线，长时间导电运行后，24小时，温升电流就稳定了，如没有外因，不应过热的；    4.1.5、熔断器熔断了，应该是前面回路出现了大电流，熔管熔断的不及时（速度慢），可能是熔断器或电抗器内部爬电引起；

4.1.6、有猫狗等小动物进入电容柜引起短路，也或者是设备有灰尘后及潮湿，引起过电流。

针对上述4.1.1项，经笔者用万用表测试三只电流互感器二次回路串入综保和指针表均显示通路，排除4.1.1项。因如果电流互感器质量产生问题，一般情况下是某一只出现炸裂，而三只电流互感器都出现炸裂的现象说明质量有问题的可能性很小，排除第4.1.2项。4.1.3项的可能性也很小，主要是与电流互感器或熔断器接触的铜排或软导线连接不紧，因此也排。从现场的情况来看没有这种现象，因该柜密封较好，笔者去查看时已经不是第一现场，经咨询值班电工及笔者现场查看，该配电室门窗封闭性很好，没有猫狗等小动物进入，因此也排除第4.1.6项。据此笔者判断，从高压电容出线柜监测的21日电压及电流数据来看（见上表），从当日0：00到事故发生前的21：00期间，电压在10.37-10.59KV之间波动，电流在22A—79A之间波动，完全属于正常的波动情况 ，所以应该是突然出现的短路造成的爆炸。

经笔者仔细观察除电流互感器、熔断器的选型都是合理的。除电流互感器击穿以及熔断器熔断外的其它相关上下级设备都还正常。经过对比运行数据分析，以及变电保护装置事先没有任何的提示与报警，分析电流互感器爆炸应该是在正常的运行状况下突然发生的。原因如下：

由于该厂属于煤焦化行业，一般情况下变流装置较多，高次谐波比较严重，在正常情况下，电容器组是不会出现过负荷的，但系统中除了工频以外，还夹杂着各次谐波，各次谐波均会通过电容器组形成电流回路，出现各次谐波对应的谐波电流，有时某次谐波电流幅值是很大的，而考虑工频和各次谐波叠加后的总电流，就可能会超过电容器组的额定电流，出现过负荷的情况。出现过负荷时会有大电流通过熔断器涌入电容器。而BRW系列熔断器的散热主要靠金属端盖和尾线通过热传导来完成。在正常的工作条件下，即在通过电流等于或低于熔丝额定电流值时，熔体的温度由这两部分的温升限值来限定某一较低的温度，此时发热与散热保持平衡，保证熔断器长时间稳定工作状态，此时若失去电流，熔断器则可恢复到原来的状态，包括熔体在内的各部分都能保持初始状态不变。当通过熔丝的电流达到高于其额定电流的某个值时，熔丝熔体及各部位的发热都将按电流的平方关系增大，温度升高又使熔体电阻增大，加剧其发发热，而熔丝与端盖，熔丝尾线与熔体的压接处以尾线本身的温度升高又恶化了熔体发热量向外部传导。当散热跟不上发热，热平衡不能维持时，熔体温度加快上升，由于熔体材料的不均匀和加工工艺的差别，在熔体上的某一点出现过热，此处的温度升高达到熔体材料的软化点时，由于熔体尾部弹簧力的作用开始局部变细，此时其他温度不再升高，热量主要由变细的部分吸收，形成熔化区，在弹簧力和磁场力的作用下，熔化区进一步收缩变功，直到形成间隙产生电弧，在电弧的作用下熔化区的熔体快速气化，并喷出弧光，当通过熔丝的电流很大时，如高达十几倍或几十倍熔丝额定电流时，由于输入的能量很大，几乎来不及传导，即绝热过程，此时熔体的熔化与气化几乎在同一时刻完成，并产生电弧。而开断时的电弧熄灭是靠灭弧管在电弧高温灼烧下产生大量气体，在外管内形成高压，向尾部喷射强气流来完成的，电流越大，短时间内积累压力越高，此时，如果熔断器灭弧不强，则易发生息弧能力不强，造成两边的A、C相短路。

短路瞬间，引起的大电流至电流互感器内部的导线温度急速上升，迅速膨胀，使包裹导线的树脂材料炸裂，产生爬电，发生巨大的火球从柜内喷出，产生强大气流，将柜门及配电室大门冲开，此分析与该柜WZB-2641微机综保先报过流，再报速断跳闸，以及B相熔断器熔体的弹簧烧断（AC相熔断器熔丝虽然熔断，但弹簧没断）的现象是一致的。

5、整改措施：

5.1将该公司另一段母线补偿装置（当事未使用）内的主柜综保、三台电容器、电抗器更换到出事故的主柜内，先保证了对该厂无功补偿的需要；

5.2 将原事故柜内的综保、电容器、电抗器拆除，分别发回供方厂家进行检测是否合格。

5.3根据上述笔者分析，结合电流互感器厂家工程师意见，一致无功补偿装置内BRW系列喷逐式熔断器存在质量问题，后更换了另一家公司的熔断器；

5.4 通过更改电气原理图，使控制电容器投切的高压真空接触器进一步延时投切时间；

5.5 重新整定WZB-2641综保参数及ABB 公司RVT-6电容投切控制器参数；

5.6在今后的熔断器安装过程中应尽量减短熔断器引线，如果熔断器熔断喷逐时其引线舞动，也会导致与其它相短路发生爆炸，熔断器安装方式值得关注，尾线过长且不加固定是隐患。

6、结束语

   该事故于2012年2月上旬处理完毕，运行一年多来，补偿效果良好，再也没有出现过异常情况。

参考文献：

1、史班，高压并联电容器单台保护熔断器的选用导则，无功补偿装置，2005（2）