一起非典型的10 kV母线单相接地故障分析

2013-10-08余卫成徐剑峰

浙江电力 2013年1期

关键词：螺帽分闸零序

余卫成，徐剑峰

（桐庐县供电局，浙江桐庐 311500）

10～35 kV不接地系统或经消弧线圈接地的配电网中，单相接地故障是发生频次最高的故障。通常，10 kV单相接地故障通过试拉线路判断具体故障线路，或带电巡视查找故障点，在确定无线路接地情况后，可确认是母线接地。

下面介绍一起发生在桐庐供电局35 kV合村变的10 kV母线非典型单相接地故障的查找、处理及分析情况，供检修人员及相关厂家参考。

1 故障情况

1.1 故障现象

某日，调度遥控拉开35 kV合村变10 kV怡合199线，调度人员随即发现合村变10 kVⅡ段母线A相电压降低为1.337 kV，B相电压升高为9.755 kV，C相电压升高为9.753 kV，3U0为48.8 V；同时发现监控系统报“10 kVⅡ段母线接地”。运行人员现场测量了10 kVⅡ段母线压变二次电压，其值与后台机显示相符。

合村变10 kV系统接线见图1。故障前系统运行状态：2号主变带10 kVⅡ段母线，10 kV母分热备用，怡合199线运行，2号电容器热备用，备用197与198线冷备用。

图1 合村变10 kV系统

此时，母线上仅有的运行线路已拉开，据此基本可以判断为母线A相接地。

1.2 故障点查找

经检修人员现场检查10 kVⅡ段母线及与其连接的所有设备，外观均未发现明显异常。10 kVⅡ段母线、母线压变、避雷器、所用变、2号主变10 kV开关、流变、母线桥、穿墙套管等设备的绝缘试验合格。

但对2号电容器间隔的设备进行试验时，发现2号电容器开关A相断口的绝缘电阻为零，开关分闸状态下A相断口无法承受耐压，动静触头完全导通。而电容器组、电抗器、放电压变、阻尼器、电缆、避雷器试验正常。

更换2号电容器开关后，2号电容器处于热备用状态时，10 kVⅡ段母线电压已恢复正常。

1.3 故障原因

故障开关型号为ZN63A-12（VS1），2008年1月出厂，故障发生时开关已动作723次。经解体检查，发现A相灭弧室绝缘拉杆与输出拐臂的连接螺帽已松动（如图2所示），该螺帽松动后导致开关虽在断开位置，但A相动静触头并未分离。观察发现，螺帽松动距离已经超过10 mm，而此型开关的开距为9±1 mm。

图2 2号电容器断路器底面

2 故障原因分析

2.1 拉开怡合199线之前

从变电站监控系统的SOE（状态序列记录）中可以查到，在拉开怡合199线的几十个小时前，2号电容器开关就已经处于分闸位置。从电容器断开到怡合199线被拉开前一刻，系统一直未报Ⅱ段母线接地，但频繁报“零序电压越上限”，统计得出，从9时到13时总共报41次之多，但这期间变电站内无任何操作；而且越临近怡合199线拉开的一刻，报警的频次越高。如此频繁的报警，说明电容器开关A相动静触头间的开距慢慢缩小，且已经接近击穿的临界状态。

如果电容器开关刚分闸时其A相的动静触头没有分开，经过数据分析，监控系统应报母线接地，而事实上却未报。分析如下：

A相动静触头未分开的等效接线见图3。

图3 开关A相触头未分开的等效电路

图3中的各支路可以作如下简化：电缆及母线对地的等效电容CD极小，可忽略CD对地支路；球隙QR等效电容极小，可忽略QR与R对地支路；开关触头间的断口等效电容CQF电容值极小，回路相当于开断。可推测，在QR与R对地支路击穿前，球隙两端的电压约为相电压UA。球隙在此电压下必定击穿，监控系统应报母线接地。因此，可以确定的是，电容器开关的A相在最近一次分闸时，动、静触头确已分开，且有足够的开距。

2.2 拉开怡合199线之后

在怡合199线开关分断后经过5.4 s，监控系统报Ⅱ段母线接地。有母线接地故障时，监控系统经一定延时报母线接地信号。由此可以推断，拉开怡合199线后电容器开关A相的动静触头才相互接触，从而处于导通状态。

由于所采用的保护测控装置无录波功能，且当开关处于分闸位置时，该装置并不采遥测量，所以不能从电容器开关的历史曲线中查到A相的电流值。只能通过分析推理得出以下结论：

（1）电容器开关动作频繁，而且受合闸弹跳与分闸弹振的影响，A相灭弧室绝缘拉杆与输出拐臂的连接螺帽松动，或原本就没有拧紧。多次的分合动作导致螺帽松动程度越来越大。虽然每次分闸时，A相动静触头能够分开，但它们之间的开距却越来越小，使三相电压不平衡加剧，监控系统开始报零序电压越限。

（2）虽然螺帽已经松动且不足以拉够开距，却依然能够靠拐臂与螺杆的摩擦力来分断。但分断的开距已经缩小了L1，如图4所示。L1较大时，就有可能导致三相不平衡电压较大，以致报零序电压越限。经查，受力点处的螺纹有来回摩擦、受力的痕迹，见图5。

图4 分闸状态时螺帽松动示意

图5 拆下的绝缘拉杆

（3）真空开关的触头有自闭力，这是开关合闸原动力的一部分。怡合199线开关柜与2号电容器开关柜的直线距离仅为3.2 m。怡合199线开关分闸时的振动，导致拐臂在受力点处一时之间不再对螺杆有摩擦力，或摩擦力减小到不足以抵消自闭力时，即使没有合闸弹簧的作用，绝缘拉杆还是会向合的方向运动。动静触头之间的距离越近，触头的自闭力也会越大。

（4）零序电压频繁越限说明，动静触头距离已经较近，引起间歇性击穿。击穿电流的存在致使三相电压不平衡，达到一定程度引起监控系统报3U0越限。

随着这个螺帽松动的加剧，接地故障迟早会发生。比如在电容器开关刚分闸时，动静触头就未分开，此时就发生接地故障。