“5.27”牌樓變10 kVⅠ段母線系統(tǒng)故障淺析

孫道軍，張恒偉，劉天東，孫 超

（1.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國(guó)網(wǎng)連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

“5.27”牌樓變10 kVⅠ段母線系統(tǒng)故障淺析

孫道軍1，張恒偉2，劉天東1，孫 超1

（1.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國(guó)網(wǎng)連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

通過對(duì)2014年5月27日，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線出現(xiàn)多起短路故障伴有遙測(cè)電壓異常引起跳閘事件的跟蹤分析，查出遙測(cè)電壓異常的直接原因是測(cè)控裝置接線錯(cuò)誤，并深層分析出系統(tǒng)閃絡(luò)短路故障的主要原因是該系統(tǒng)設(shè)備污穢嚴(yán)重，電容電流超過限值及大量諧波分量注入等因素，引起間歇弧光過電壓擊穿了絕緣薄弱設(shè)備。針對(duì)性地制定事故處理措施后，消除了遙測(cè)電壓異常缺陷，降低了單相接地故障引發(fā)過電壓造成的短路故障事故幾率，確保了10 kV系統(tǒng)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，為此類故障的分析處理提供借鑒。

電壓；電容電流；諧波；閃絡(luò)短路

1 故障經(jīng)過

2014年5月27日，牌樓地區(qū)東南風(fēng)3～4級(jí)，氣溫25～28℃，PM2.5指數(shù)237。11時(shí)53分，監(jiān)控員匯報(bào)：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線炒鐵線過流保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，重合良好，現(xiàn)運(yùn)行電壓指示異常，電壓指示UA為10.46 kV、UB為5.14 kV、UC為5.87 kV、UAB為10.87 kV，調(diào)度員當(dāng)即通知相關(guān)人員對(duì)10 kV炒鐵線巡線檢查；11時(shí)55分，監(jiān)控員匯報(bào)：66 kV牌樓變10 kV I段母線北海線（用戶專線）過流保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，重合不良，電壓指示恢復(fù)正常；調(diào)度員當(dāng)即通知相關(guān)人員對(duì)北海線用戶巡線檢查；12時(shí)55分，監(jiān)控員匯報(bào)：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線運(yùn)行電壓指示異常，電壓指示UA為10.44 kV、UB為5.51 kV、 UC為5.55 kV、UAB為10.89 kV；12時(shí)57分，10 kVⅠ段母線宋佳線過流保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，重合良好，電壓指示恢復(fù)正常，調(diào)度員當(dāng)即通知相關(guān)人員對(duì)宋佳線用戶巡線檢查；15時(shí)35分，監(jiān)控員匯報(bào)：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線運(yùn)行電壓指示異常，電壓指示UA為5.76 kV、UB為10.41 kV、UC為5.18 kV、UAB為10.76 kV，同時(shí)10 kVⅠ段母線工業(yè)線過流保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，重合良好，電壓指示恢復(fù)正常，調(diào)度員當(dāng)即通知相關(guān)人員對(duì)10 kV工業(yè)線巡線檢查；16時(shí)32分，生產(chǎn)調(diào)度匯報(bào)：10 kV北海線故障處理，內(nèi)部安全措施全部拆除，試送電無問題，16時(shí)34分，調(diào)度員令監(jiān)控員遙控合上10 kV北海線斷路器，16時(shí)35分，監(jiān)控員匯報(bào)：10 kV北海線斷路器已合上，同時(shí)Ⅰ段母線運(yùn)行電壓指示異常，電壓指示UA為10.55 kV、UB為5.36 V、UC為5.55 kV、UAB為10.74 kV，調(diào)度當(dāng)即令監(jiān)控員遙控拉開10 kV北海線斷路器，電壓指示恢復(fù)正常，調(diào)度員當(dāng)即通知相關(guān)人員對(duì)10 kV北海線巡線檢查；由于此日發(fā)生幾起故障，電壓指示均類似系統(tǒng)斷線故障征兆，給事故的分析研判帶來疑惑，延長(zhǎng)了調(diào)控人員分析處理事故的時(shí)間。

2 故障時(shí)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行情況

10 kVⅠ段母線：1號(hào)變壓器低壓側(cè)、化工線、炒鐵線、金澗一線、宋佳線、北海線、黃卜線、工業(yè)線、1號(hào)電容器、高純線。

10 kVⅡ段母線：2號(hào)變壓器低壓側(cè)、滑石線、2號(hào)電容器。

10 kV母聯(lián)斷路器在分位，10 kVⅠ、Ⅱ段母線分列運(yùn)行。

10 kVⅠ段母線瞬時(shí)運(yùn)行最大負(fù)荷22 MW；10 kVⅡ段母線瞬時(shí)運(yùn)行最大負(fù)荷12 MW。

66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線故障關(guān)聯(lián)線路巡查情況如下。

12時(shí)25分，生調(diào)匯報(bào)炒鐵線故障原因：東亞包裝廠柱上計(jì)量電流互感器燒損，引線已脫離系統(tǒng)。

12時(shí)30分，生調(diào)匯報(bào)北海線故障原因：用戶入口電纜引線A、B相有燒傷閃絡(luò)跡象，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

13時(shí)27分，生調(diào)匯報(bào)宋佳線故障原因：菱鎂變電站B、C相避雷器閃絡(luò)擊穿，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

15時(shí)58分，生調(diào)匯報(bào)工業(yè)線故障原因：用戶入口電纜引線B、C相避雷器閃絡(luò)擊穿，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

16時(shí)38分，生調(diào)匯報(bào)北海線故障原因：用戶入口電纜引線A相擊穿，已自行拉開主受電真空斷路器，停電處理。

3 運(yùn)行電壓異常分析與校驗(yàn)

3.1 10 kV電壓互感器接線方式

66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓互感器為JDZX10－10R型三相五柱式電壓互感器，電壓互感器有3個(gè)二次繞組，變比為10／3∶0.1／3∶0.1／3∶（0.1／3）／（0.1／3），其接線方式如圖1～圖2所示。

圖1 電壓互感器接線示意圖

圖2 二次電壓接線圖

其中：計(jì)量、測(cè)控二次采用星形接線；零序電壓檢測(cè)二次采用開口三角形接線；計(jì)量繞組二次輸出分別上AJ、BJ、CJ三相計(jì)量電壓小母線；測(cè)控二次輸出分別上AM、BM、CM三相測(cè)控電壓小母線；零序電壓監(jiān)測(cè)二次三角形接線的開口三角接入L、N零序電壓測(cè)控母線［1－2］。

3.2 運(yùn)行電壓分析

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：三相電壓對(duì)稱，A、B、C之間相差120°，相量圖如圖3所示。

圖3 A、B、C三相電壓相量圖（正常運(yùn)行時(shí)）

為方便分析，設(shè)10 kV母線三相對(duì)地電壓分別為

根據(jù)電壓互感器變比及極性關(guān)系可知（反映到二次測(cè)控裝置繞組的電壓值）：

并得到二次開口三角零序電壓檢測(cè)裝置測(cè)得的電壓值：

由于零序電壓檢測(cè)二次繞組為開口三角形接線方式，開口三角輸出電壓為

即L點(diǎn)與N點(diǎn)同電位，因此即使L、N接反，三相電壓檢測(cè)結(jié)果仍相同。

假設(shè)A相接地時(shí)，A、B、C三相對(duì)地電壓相量方向及角度如圖4所示［3］。

圖4 電壓相量圖（故障分析）

將L誤作為N接入測(cè)控裝置，則實(shí)際測(cè)量電壓為

可知，非故障相電壓上升為線電壓：

根據(jù)上式可知，sin（15°）≈0.259，因此，在A相接地時(shí)B、C相電壓二次有效值約為52 V，而A相電壓二次有效值為100 V。由電壓互感器變比折算可知，A相電壓顯示10 kV，而B、C相電壓顯示5.2 kV。與A相接地時(shí)電壓顯示相符。

由于單相接地信號(hào)是根據(jù)開口三角輸出電壓超過某一限值觸發(fā)的，接線錯(cuò)誤對(duì)此沒有影響，因此單相接地信號(hào)顯示正常。

3.3 仿真驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述理論分析的正確性，利用Matlab7.0建立仿真模型，進(jìn)行分析驗(yàn)證。

圖5給出了10 kV系統(tǒng)正常運(yùn)行（無接地）時(shí)的電壓曲線。由圖5可知，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，正確接線和錯(cuò)誤接線三相電壓檢測(cè)結(jié)果基本相同。由圖5（a）可知，開口三角輸出電壓基本為0，即L點(diǎn)與N點(diǎn)基本為等電位，三相對(duì)中性點(diǎn)N和對(duì)L點(diǎn)電壓基本相同，所以錯(cuò)誤接線與正確接線電壓檢測(cè)結(jié)果基本一致。

圖5 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)檢測(cè)電壓曲線

圖6給出了10 kV系統(tǒng)A相接地時(shí)，檢測(cè)電壓曲線。由圖6可知，當(dāng)A相接地時(shí)，開口三角輸出電壓幅值約為141 V（有效值100 V）。正確接線情況下，A相電壓為0，B、C相電壓幅值約為141 V（有效值100 V），相位差為60°，在文中變電站錯(cuò)誤接線的情況下，A相電壓幅值約為141 V（有效值100 V），B、C相電壓幅值約為73 V（有效值52 V），B相超前A相約75°，C相滯后A相75°。上述仿真結(jié)果與式（9）的分析結(jié)果吻合。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤驗(yàn)證

2014年11月3日10時(shí)55分，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線系統(tǒng)電壓異常顯示：UA為5.55 kV、UB為10.21 kV、UC為5.22 kV、UAB為10.6 kV，同時(shí)刻現(xiàn)場(chǎng)TV二次實(shí)測(cè)信息如表1所示。

根據(jù)折算比對(duì)，UAL、UBL、UCL二次實(shí)測(cè)值與遙測(cè)電壓UA、UB、UC折算值基本一致，驗(yàn)證了N與L端子接反理論分析的正確性。

4 故障分析

圖6 系統(tǒng)A相接地時(shí)檢測(cè)電壓曲線

理論計(jì)算、仿真及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)證明66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓異?，F(xiàn)象是電壓互感器開口三角接線錯(cuò)誤所致，誤將N端子與L端子接反。當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，接地相電壓升高至接近線電壓10 kV，而非接地相電壓降低至5.2 kV左右，從而產(chǎn)生電壓指示異?，F(xiàn)象，使得問題分析、查找、解決的難度增加，延長(zhǎng)了各級(jí)調(diào)控及運(yùn)維檢修人員對(duì)類似故障的研判和處理時(shí)間。

表1 66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓運(yùn)行信息

現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)此次故障中10 kV炒鐵線、北海線的故障跳閘原因均是設(shè)備裸露污穢處閃絡(luò)擊穿絕緣引起短路跳閘。66 kV牌樓變主要擔(dān)負(fù)牌樓鎮(zhèn)區(qū)工農(nóng)業(yè)及日常生活用電任務(wù)，地區(qū)多為電熔鎂廠、煉鐵廠及滑石粉加工企業(yè)，地區(qū)PM2.5指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，全年重度霧霾天數(shù)高于120天（遼寧省2014年霧霾累計(jì)天數(shù)）以上，霧霾物造成電力設(shè)備污穢嚴(yán)重，在外因作用下，經(jīng)常引發(fā)閃絡(luò)接地、跳閘事故，2014年66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線7條配出線路，年平均發(fā)生接地、跳閘事故15.14次／條，最多的10 kV炒鐵線年發(fā)生接地、跳閘事故25次／條，引發(fā)接地、跳閘事故的多數(shù)為污穢設(shè)備閃絡(luò)絕緣擊穿短路造成。

此次故障中10 kV炒鐵線、北海線、宋佳線、工業(yè)線故障跳閘前后時(shí)段，均伴有單相接地現(xiàn)象，由于系統(tǒng)無錄波設(shè)備，無法獲取10 kV宋佳線、工業(yè)線避雷器過壓擊穿的瞬間信息。66 kV牌樓變10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)是不接地的小電流接地系統(tǒng)，近年10 kV系統(tǒng)電纜線路的大量應(yīng)用，造成系統(tǒng)電容電流逐漸增大（系統(tǒng)電容電流接近14.08 A，見表2），超過系統(tǒng)電容電流安全運(yùn)行10 A限值。當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地電弧難以自行熄滅，產(chǎn)生間歇性和穩(wěn)定性電弧，引起弧光過電壓，在調(diào)規(guī)允許運(yùn)行的2 h內(nèi)，擊穿系統(tǒng)絕緣薄弱設(shè)備，發(fā)展為相間短路故障，造成相應(yīng)故障線路跳閘，引起線路停電和設(shè)備損壞事故。

表2 66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線線路參數(shù)運(yùn)行信息km

此次故障中66 kV牌樓變10 kV系統(tǒng)受地區(qū)工業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)和政策影響，地區(qū)電網(wǎng)的平、谷時(shí)段差逐漸增大，越來越多的10 kV沖擊性及非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)，造成大量諧波分量注入10 kV系統(tǒng)。這將對(duì)10 kV電網(wǎng)的電壓質(zhì)量產(chǎn)生干擾及影響，在系統(tǒng)閃絡(luò)接地時(shí)，更易發(fā)生諧波畸變，產(chǎn)生諧振過電壓事故，造成絕緣薄弱的設(shè)備絕緣擊穿與接地相發(fā)生短路，造成相應(yīng)故障線路跳閘［4］。

5 措施與建議

11月4日運(yùn)維檢修人員對(duì)66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓互感器開口三角接線的正確性進(jìn)行排查，確認(rèn)了誤將電壓互感器開口三角測(cè)控的N端子與L端子接反的事實(shí)，當(dāng)即進(jìn)行校正并遙測(cè)、遙信校驗(yàn)檢查無誤。2015年2月16日66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線B相接地故障指示正確。

11月17日借助網(wǎng)改工程對(duì)66 kV牌樓變10 kVⅠ、Ⅱ段母線運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，將10 kVⅠ段母線的炒鐵線（事故率高）改10 kVⅡ段母線（新擴(kuò)建）運(yùn)行，這樣10 kVⅠ段母線系統(tǒng)的電容電流將減少3.42 A（14.08－3.83＝10.25 A，接近系統(tǒng)運(yùn)行安全電容電流10 A），同時(shí)也減少該線路的諧波分量對(duì)10 kVⅠ段母線系統(tǒng)的注入。

隨著電纜線路應(yīng)用的逐漸增多，建議跟蹤66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線系統(tǒng)電容電流進(jìn)行實(shí)測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)，盡快加裝10 kVⅠ段母線系統(tǒng)消弧線圈，以補(bǔ)償接地時(shí)的電容電流。

建議對(duì)66 kV牌樓變轄區(qū)10 kV用戶的諧波參數(shù)進(jìn)行不定期檢測(cè)，針對(duì)性地制定整改措施，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)10 kV用戶入網(wǎng)的管理，嚴(yán)格控制諧波參數(shù)入網(wǎng)指標(biāo)，減少諧波帶來的隱患故障發(fā)生。

建議不定期督促相關(guān)單位對(duì)污穢嚴(yán)重的10 kV用戶進(jìn)行絕緣清掃，以減少閃絡(luò)接地等故障發(fā)生。出版社，1998.

［1］ 胡金磊，馬 玲.基于多運(yùn)行方式的電力系統(tǒng)故障計(jì)算［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（7）：37－41.

［2］ 包 蕊.TV二次誤并列問題分析［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（8）：19－22.

［3］ 金 英.城市電網(wǎng)35 kV系統(tǒng)單相接地故障分析［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（2）：32－36.

［4］ 王世禎.電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行技術(shù)［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，1997.

作者簡(jiǎn)介：

孫道軍（1968—），男，高級(jí)技師，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)行研究工作。

（收稿日期 2015－06－28）

Analysis on Bus I Fault of 10 kV in the 66 kV Pailou Fubstation

SUN Dao?jun1，ZHANG Heng?wei2，LIU Tian?dong1，SUN Chao1
（1.State Grid Anshan Power Electric Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China；2.State Grid Lianyungang Power Electric Supply Company，Lianyungang，Jiangsu 222000，China）

Several triping fault caused by short circuit faults associating abnormal voltage changes of 10kV bus I occurred in the 66 kV Pailou substation in May 27，2014.According to the phenomenon，this paper analyses the direct cause which is the incorrect wiring of measurement and control devices，and with further analysis，the main reasons of the short circuit fault flashover is the intermittent o?ver?voltage on weak insulation equipment caused by serious pollutions，capacitive current and large amount of harmonics.Some meas?ures aiming at solving this kind of accidents are proposed，and the abnormal voltage defects eliminated，the probability of overvoltage by single phase to ground fault reduced.This paper provides references for similar failure analysis and improves the security，economic and high?quality operation of the 10 kV power grid.

Voltage；Capacitive current；Harmonic wave；Flashover short circuit

TM773

A

1004－7913（2015）10－0029－05

郭 鐵（1987—），男，碩士，助理工程師，從事變壓器高壓試驗(yàn)與絕緣研究。

2015－06－21）

6 結(jié)束語

通過2014年5月27日，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線多起遙測(cè)電壓異常引起閃絡(luò)短路故障的跟蹤分析，查出測(cè)控裝置接線錯(cuò)誤是造成遙測(cè)電壓異常的直接原因。同時(shí)，通過對(duì)事件的深入分析，得出系統(tǒng)設(shè)備污穢嚴(yán)重，電容電流超過安全限值及大量諧波分量注入是引發(fā)間歇弧光過電壓，擊穿系統(tǒng)絕緣薄弱設(shè)備，造成系統(tǒng)短路故障跳閘的要因。針對(duì)性地實(shí)施了相關(guān)事故處理措施后，消除了遙測(cè)電壓異常缺陷，降低了單相接地故障引發(fā)過電壓造成的短路故障事故幾率，確保了10 kV系統(tǒng)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。