6 kV系统一相接地及PT熔断器熔断故障的区分及处理

张雷

(华电国际十里泉发电厂，山东 枣庄 277103)

0 引言

变压器的中性点不接地运行方式在发电厂6kV厂用电中广泛应用，电气设备实际运行中，经常出现6 kV一相接地故障［1］，它与电压互感器(PT)高压侧一相熔断器熔断现象有相似也有区别:都有可能发出“母线接地”“PT电压回路断线”报警信号，但母线各电压数值却有明显差异。实际生产过程中，某些运行人员对这两类故障辨识不清，容易造成误判断，从而延误事故处理时机，本文对这两种不同类型故障进行分析研究，并结合案例了解事故的本质及危害。

1 6 kV系统一相接地时的分析

1.1 正常运行时

中性点不接地系统中:左侧为电源侧，即变压器三相星形绕组u，v，w;QF为变压器的出口断路器;右侧为对称三相负荷。正常运行时各相导体对大地有分布电容，各相分布电容可分别用集中的等效电容 Cu，Cv，Cw表示，如图1 所示。

正常运行时，因对地等效电容都相等，且星形接线的三相电源及负载都对称，则在电源N点的中性点电压为零。从图1可以看出，三相系统中各相对地电压值相等、相位相差120°。在三相对地电压作用下，各相对地电容电流相等、相位相差120°［2］。

每相电源电流应为每相负荷电流与每相对地电容电流之和，因对地等效电容很小故容抗相当大，所以电容电流实际上很小，可以忽略不计，则电源电流即等于负荷电流。

图1 中性点不接地系统正常运行的电路图

1.2 发生一相接地故障时

在中性点不接地系统中，当因绝缘材料受潮、老化、毁坏、击穿等各种原因导致单相接地故障时，电压电流数值将有明显变化。假设在W相的X点处有一相接地故障发生，如图2所示。

图2 中性点不接地系统发生一相接地的电路图

1.2.1 电压关系

由图2可知，在W相一相直接接地时，故障导致该相线路对地电压降到零，中性点处则产生对地电压，相当于故障相相电压的负值，而其他两相对地电压为中性点对地电压与其相电压之和，即数值变为线电压;但三相出线之间线电压仍对称，大小相等、相位相差120°:因此单相接地对接于线电压的电气设备没有影响，可以继续运行。

1.2.2 电流关系

发生一相接地时，其他两相线路上的电压增大到线电压即正常数值的倍，两相线路上的电容电流也增大到正常数值的倍;而接地处的电流则为正常运行时的一相对地电容电流的3倍，并通过接地点形成回路，但接地电容电流仍较小:故一般不装设零序电流保护，电力系统仍可继续运行［3］。

2 6 kV系统PT工作原理

2.1 6 kV系统一相接地时PT报警的原理分析

中性点不接地系统，我们讨论6 kV厂用电系统中常用的Y0/Y/△接线组别的PT，这种PT的高压侧绕组并接在母线上，二次侧分为星形接线和一个开口三角形接线的辅助绕组［3］。

正常运行时，因为三相电压相量之和为零，故三角形绕组开口处无电压。当发生单相接地故障时，由于产生了不平衡分量，该开口三角形的三相绕组上的零序电压首尾相接，在开口处产生3U0，从而接地信号继电器XJJ线圈励磁动作，发出“母线接地”报警信号。另外，接地相电压降低或到零，其他两相电压升高至线电压，而3个线电压基本不变。此时因3个相电压存在差异，1YJ，2YJ，3YJ继电器的线圈带电情况不一致，其常开、常闭接点接通情况也不一致，最终发出“PT电压回路断线”报警信号。PT接线如图 3 所示［4］。

图3 中性点不接地系统母线PT接线原理图

2.2 6 kV母线PT高压熔断器一相熔断时的原理分析

当运行中因铁磁谐振过电压［5］、PT安装点振动或PT绕组绝缘降低而发生短路时，则有可能造成PT熔断器熔断［6］。若PT高压侧一相熔断器熔断，此时一次侧该相电压下降到零，从而相应二次侧星形绕组电压也下降到零，其他两相电压基本不变;而与该问题相有关的线电压也下降，其他两相的线电压显示正常。此时，因二次电压三相不平衡:一方面，1YJ，2YJ，3YJ继电器的线圈带电情况不一致，从而发出“PT电压回路断线”报警信号;另一方面，在开口三角形处产生3U0，XJJ发出“接地”报警信号。

3 事故案例分析

3.1 事故经过

2013-08-08 T 18:51:03，某电厂#7机组“6 kV工作Ⅶ B段母线接地”信号发出，母线电压异常，一相相电压减小，另两相升高到线电压［7］。18:53:51，#7机组B循环水泵跳闸;18:53:57，B引风机变频重故障发出并跳闸，同时联跳B送风机，机组快速减负荷(RB)保护动作。运行人员立即开大#7锅炉A引风机变频开度和A送风机动叶开度，调整炉膛负压和汽包水位，开启燃油泵，投油稳定燃烧，#7机组负荷调整至160 MW。

检查发现#7机组B循环水泵电机接线盒处电机引线短路烧断，电流速断保护动作。19:20:00，检查#7发电机及厂用电运行正常。19:26:00，启动#7锅炉B引风机、B送风机，恢复机组正常运行。

3.2 事故原因分析

查阅分散控制系统(DCS)历史趋势和故障滤波器信息。18:51:03，#7机组B循环水泵电机B相接地;18:53:51，引发三相短路(短路电流为7 200 A，持续78 ms)，电流速断保护动作跳闸;6 s后，循环水压力低于0.1 MPa，再次联启B循环水泵，因综合保护装置不具备动作后闭锁合闸功能，此时故障点仍存在，致使6 kV母线电压由正常值6 120 V降至2571 V，持续160 ms。此时，B引风机变频器功率单元欠压保护动作，发重故障跳闸，并联跳B送风机;#7机组B循环水泵电机电流速断保护再次动作，开关再次跳闸，母线电压恢复正常。2次短路故障过程中造成母线电压波动的DCS趋势如图4所示。

图4 短路故障时母线电压DCS趋势图

#7机组B循环水泵电机B相引线损坏的原因是电机引线接线端子(铜质)与电源电缆接线端子的接触面积较小［8］，过渡电阻较大，连接处发热，长时间运行中绝缘损坏放电击穿，并殃及其他两相引线绝缘，造成接地短路故障。

处理措施:更换电源电缆绝缘套管及电机引线接线端子(由400 A更换为600 A，接触面积增大)，接线后对三相电缆接头分相进行绝缘包扎，并在每相电缆接头处增加一层绝缘热缩管，消除连接处发热的可能。通过测量#7机组B循环水泵电机绕组及电源电缆绝缘电阻合格后送电，启动运行正常。

3.3 反映的问题

接地故障最初为一相接地，PT报警信号发出，运行人员虽能观察出母线三相电压的变化情况，但由于故障处绝缘损坏较快，发生击穿并短路，来不及查找故障设备，造成6 kV循环水泵电机开关跳闸。首次开关跳闸后，由于循环水压力低联锁开关再次合闸，再次冲击故障点，造成6 kV厂用母线电压大幅下降并波动，对其他重要设备造成严重影响。

在处理此类故障时，应及时根据事故现象进行判断和查找，避免事故扩大造成非计划停运。

4 两类事故的处理方法

4.1 6 kV系统一相接地

(1)6 kV系统“母线接地”“PT电压回路断线”报警信号发出。

(2)查看6 kV母线三相电压指示值，接地相电压降低或到零，另外两相升高或到线电压。

(3)首先判断接地段母线、接地相及接地程度。

(4)检查是否因启动高压动力设备所致，若未启动设备，应到就地检查，确定接地设备后，汇报值长将其停运。

(5)如因低压厂用变压器接地，将负荷倒至备用变压器后，停电并通知检修人员处理。

(6)分别试停母线PT和避雷器，检查“母线接地”报警信号是否消失。

(7)经上述查找无效，应汇报值长，设法将6 kV接地母线负荷转移，对母线停电，查明故障点。

(8)查找接地时，应遵守相关安全规定，接地运行时间不得超过2 h。

4.2 6 kV母线PT高压侧一相熔断器熔断

(1)6 kV系统“母线接地”“PT电压回路断线”报警信号发出。

(2)查看6 kV母线三相电压指示值，故障相电压降低或到零，另外两相电压不变。

(3)退出该段母线电源快切装置。

(4)取下该PT低电压保护直流保险，取下PT二次交流保险。

(5)将PT小车拖出仓外，测量并确认直流电阻正常，检查并更换熔断器后，恢复原运行方式。

5 结论

通过以上分析及案例可知，在中性点不接地系统中，当出现一相接地与PT高压侧一相熔断器熔断故障时，都应及时分析判断并快速处理。两类事故共有的特征是:都会发出“母线接地”“PT电压回路断线”报警信号。最明显的区别是:系统一相接地，接地相电压降低或到零，另外两相电压升高或至线电压;而PT高压侧一相熔断器发生熔断时，仅故障相电压降低或到零，而其他相电压正常。当确认为系统一相接地时，应立即查找故障设备，查找故障时间不得超过2 h，以防止绝缘薄弱部分损坏而导致事故扩大。该结论对实际生产工作具有指导意义，有助于运行人员快速弄清故障本质，做到区分对待并立即进行正确处理。

［1］贺家礼，李永丽，董新洲，等.电力系统继电保护原理［M］.4版.北京:中国电力出版社，2010:72-73.

［2］刘学军，段慧达，辛涛.继电保护原理［M］.3版.北京:中国电力出版社，2012:116-122.

［3］胡志光.火电厂电气设备及运行技术［M］.北京:中国电力出版社，2011:29-30，194.

［4］华电国际十里泉发电厂330MW发变组及高低厂变二次回路图:QW/04.17.00.0101—2013［Z］.

［5］黄帅军.10 kV PT熔断器熔断的原因分析及运行建议［J］.山东工业技术，2014(19):185.

［6］侯昭英.电压互感器高压熔断器熔断原因及处理［J］.科技与企业，2014(4):290.

［7］李雪娇.浅谈烯烃电网小电流接地系统单相接地故障处置［J］.科技创新与应用，2014(32):170.

［8］李根.发电厂电动机常见故障诊断处理及预防措施［J］.电力安全技术，2015(7):59.