一起10 kV刀闸三相接地短路故障分析

2018-12-11钱梦迪赵雪骞门业堃侯宇程

设备管理与维修 2018年19期

关键词：母排录波刀闸

钱梦迪，赵雪骞，周恺，秦欢，门业堃，侯宇程

（国网北京电科院，北京 100075）

1 故障基本情况

2017年8月13日8：40，110 kV某变电站1#变低后备复压过流保护动作闭锁245自投跳开201开关10 kV 4#母线及所带3路负荷全停，影响高户145户居民7288户，经查201-4刀闸发生故障。

2 故障变电站及故障设备基本情况

2.1 110 kV某变电站基本情况

系统接线如图1所示：主变2台；110 kV接线方式为内桥接线设计进线有2回；35 kV接线方式为单母线分段代旁路接线设计，出线有6回；10 kV接线方式为单母线分段接线设计，出线有14路。

2.2 10 kV 4#母线及201-4柜基本情况

10 kV接线方式为单母线分段接线，10 kV 4#母线共带10 kV馈线6路。其中，2条线路在故障当天无负荷（备用），其他4条线路负荷正常。10 kV 4#母线为封闭式矩形结构，母线防污等级为D级，母线材料为铜，额定电流3150 A。201-4开关柜为固定式开关柜，额定电流3150 A。发生故障的201-4刀闸于2006年投入运行[1-2]。

2.3 故障发生时的天气及系统运行情况

故障发生时该变电站所处地区为多云转阴天气，闷热，空气相对湿度为50%，无落雷现象。故障发生时，系统运行方式及负荷情况如下。

110 kV：111受电在4#母线，经101原4代1#主变，112受电在5#母线，母联145拉着，掉111，投145，自投运行2#主变备用。

35 kV：301代4#母线负荷，经345代5#母线负荷，母联345自投停用。

图1 110 kV某变电站系统接线示意（局部）

10 kV：201代4#母线负荷，经245代5#母线负荷，母联245自投停用。

10 kV4#母线共带10 kV馈线6路：总计负荷502 A。

3 故障现场检查与处理情况

故障发生后，相关技术人员随即到达故障现场检查。

（1）201-4刀闸放电通道。201-4刀闸放电通道为A，B，C三相静触头固定铜排的螺丝分别对支柱绝缘子所连接的金属支架放电，母排本体无明显放电痕迹。201-4刀闸水平安装的支柱三相绝缘子上侧均烧损严重，表面瓷裙几乎烧平，刀闸铜排固定螺丝端部基本烧融。

（2）故障处理情况。故障设备201-4刀闸供电公司内部无备件。为尽快恢复设备供电，直接用铜母排取代201-4刀闸，并更换母线仓与隔离开关室穿柜套管对母排加装热缩护套。根据电科院技术人员建议，在母排连接处用专用绝缘胶带进行绝缘化处理，确保母排整体绝缘水平，同时将母排接头的4只螺丝反穿，以减小局部电场畸变程度。安装完成后，对母线进行工频交流耐压试验，试验电压为38 kV/min通过[3-4]。

技术人员对1#变进行了采油色谱分析、绕组变形试验以及直阻试验等相关试验工作。经分析，试验结果正常，1#主变可投入运行。8月13日21颐15，1#主变投入运行。8月14日 2颐00，10 kV4#母线故障处理完毕，10颐30，全站设备及负荷恢复正常运行方式。

4 故障原因分析

4.1 故障录波数据分析

4.1.1 本起故障录波数据分析

故障时间起始于 8颐23颐29，终止于 8颐23颐33，总共持续时间3.5 s。其中，C相单项接地1.5 s相间短路故障时间2 s。经现场核实，故障录波的“35 kV 4#母线电压”与“10 kV 4#母线电压”通道错误，互换后应为正确状态同时“35 kV 201电流”应为“10 kV 201电流”。该问题已整改完毕。

故障过程主要分为3个阶段：

（1）第一阶段：10 kV的 C相单相接地时间持续1.5 s。期间，C相出现接地故障电压出现间歇性峰值最高峰值为1.3 kV。A，B两相电压波形呈三角波，电压幅值11.4 kV，表明PT在工频过电压作用下出现了磁饱和现象。从C相电压波形判断，此时C相接地为间歇性弧光接地周期为10 ms，容易产生弧光接地过电压。一般情况下，弧光接地过电压水平为正常运行电压峰值的2～3.5倍，即（16.33～28.57）kV（图 2）。

图2 C相单相接地期间电压局部波形

（2）第二阶段：10 kV的B，C两相相间短路持续时间12 ms。在此期间，B，C两相相间短路电压约为0.4 kV，A相电压为线电压10 kV。B，C两相电流波形相位相反幅值为14 kA（图3）。

（3）第三阶段：10 kV的A，B，C三相接地短路持续时间2 s。期间A，B，C三相接地短路电压幅值均为0.5 kV，短路电流为13 kA（图 4）。

图3 B，C两相相间短路故障录波（局部）

图4 A，B，C三相相间短路电流故障录波

4.1.2 近期单相接地故障录波数据分析调取8月1～18日110 kV某变电站10 kV 4#母线故障录波，可知该母线多次发生单相接地故障，接地持续时间在几百毫秒至几十分钟不等。图5的波形表明接地点出现了间歇性弧光接地。

4.2 10 kV 4#母线单相接地信号分析

上面的故障录波数据显示，2017年8月 4日、5日、6日、7日、11日、13日曾出现多次单相接地故障。为进一步核实10 kV单相接地情况，因为该站内监控主机瘫痪，从调控中心调取了8月1日至13日的监控信息未发现“接地”信号，但存在“10 kV 4#母线电压不合格”信号，因此无法从站内监控主机、远方监控系统直接获得“10 kV 4#母线单相接地”信号[5]。

4.3 10 kV 4#母线容性电流及消弧线圈补偿情况

图5 B相接地故障接地相波形（局部放大）

10 kV 4#母线消弧线圈额定补偿容量300 kV·A。经电容电流测试，电容电流值11.36 A，此消弧线圈目前处于未投运状态该站10 kV系统为中性点不接地系统运行。根据10 kV，35 kV系统中性点接地方式选用技术原则规定，对于10 kV系统当电容电流大于20 A时中性点需装设消弧线圈[6]。

4.4 201-4刀闸绝缘距离与绝缘结构分析

从图6可以看出，245开关柜内刀闸静触头固定铜排的螺丝采用绝缘盒罩住，而发生故障的201-4刀闸固定铜排无绝缘盒保护、螺丝裸露。经实测，螺丝至刀闸金属支架的距离为95 mm，不满足12 kV高压开关柜中10 kV电气距离125 mm要求。刀闸、母排相间绝缘距离125 mm符合要求[7-8]。据运行单位反映此处绝缘罩在某次检修过程中拆除但具体时间不明。

4.5 故障原因分析

图6 245开关柜和201开关柜比较

该站10 kV 201-4刀闸母排接头处的绝缘罩拆除，相对地空气绝缘距离为95 mm（不满足逸125 mm的标准要求），且连接紧固母排的4个螺杆突出母排高度约20 mm，形成4个尖端局部电场产生畸变使击穿电压耐受水平降低。同时，柜内长期未清扫，绝缘子沿面存在污秽。故障当日，天气闷热，相对湿度50%，而故障前的间歇性弧光接地过电压对该绝缘薄弱点形成冲击。在上述因素的综合作用下，引发了此次故障。