35 kV 单相接地故障引起110 kV 主变停电事故分析

王 敏，何敬国，隋术山，邢 忠

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

0 引言

2019 年3 月8 日，莱钢110 kV 变电站35 kV 系统发生单相接地故障，在负荷转移、故障查找过程中，发生1 台主变差动保护动作跳闸、1 台主变低后备保护动作跳闸、1 条出线过流I段动作跳闸，引起宽厚板事业部、板带厂、型钢厂等生产线停电停产。

1 110 kV 变电站事故过程

110 kV 变电站有110 kV、35 kV 两个电压等级，110 kV、35 kV 系统均为双母线双分段接线，4 台主变采用三用一备方式。即：110 kV1#进线带110 kV II 段、1#主变及35 kV I 段母线及各出线；110 kV2#进线带110 kV I 段、2#主变及35 kV II 段母线及各出线；110 kV3#进线带110 kV IV 段、4#主变及35 kV III 段母线及各出线。35 kV 轧钢Ⅰ线运行在35 kVⅡ段母线。

3 月8 日5:14，110 kV 变电站2#主变低后备保护装置报警，信息为“零序过电压报警”，35 kVⅡ段母线出现电压异常。值班人员检查站内小电流接地选线装置，发现装置选择线路为轧钢Ⅰ线。值班人员判断为35 kV 轧钢Ⅰ线发生B 相接地故障，立即汇报调度。110 kV 变电站、轧钢变电站值班人员对所辖站内高压设备进行检查，均未发现明显异常运行状况。随后110 kV 变电站根据调度指令，将轧钢Ⅰ线负荷调轧钢Ⅱ线供电，在合环过程中，1#主变低压侧开关跳闸，4#主变高压侧、低压侧开关跳闸，轧钢I 线开关跳闸，造成4#主变和35 kVⅠ、Ⅲ段母线失电，轧钢I 线失电。

值班人员对110 kV 变电站35 kV 高压室检查，发现35 kVⅠ、Ⅲ段分段开关柜（编号为3500）内存在明显短路痕迹，开关柜内有黑烟冒出，将开关柜转为冷备状态后紧急恢复1#主变及35 kVⅠ段母线用户供电。用3#主变紧急恢复35 kVⅢ段母线供电，发现35 kVⅢ段母线A 相接地，随即改用35 kVⅣ段母线恢复原35 kVⅢ段用户供电。

2 事故分析

2.1 保护动作情况

1#主变：低后备复压过流Ⅰ段动作，ABC 相，动作值28.58 A。

4#主变：比率差动动作，AC 相，动作值5.68Ie；轻、重瓦斯动作。

轧钢I 线：过流I 段动作，B 相，动作值18.35 A。

3500F：过流I 段动作，AB 相，动作值44.5 A。

3500B：过流I 段动作，AB 相，动作值45.19 A。

2.2 轧钢I 线过流I 段动作跳闸原因

事故发生后，组织相关人员对轧钢I 线全线进行巡视检查，在轧钢I 线终端塔下户电缆桥架上发现电力电缆B 相烧损点。

根据变电站35 kVⅢ段母线在恢复送电时出现A 相接地故障，对35 kVⅢ段母线设备检查，发现在35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 开关柜内后侧上方A 相母线套管击穿损坏。

接地时35 kVⅡ段母线电压分别为Ua=28.12 kV、Ub=11.13 kV、Uc=28.20 kV。

根据以上故障点及电压数据可以确定，此次事故最初是轧钢I 线电缆发生B 相不完全接地，因为110 kV 变电站35 kV系统为中性点不接地系统，接地点拉弧放电，系统出现弧光过电压。110 kV 变电站在将轧钢Ⅰ线负荷调轧钢Ⅱ线供电过程中，35 kVⅢ、Ⅳ段母联3500B 合环操作产生操作过电压，两者叠加引起系统电压超过正常电压数倍。过电压引起35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 开关柜内的35 kVⅢ段母线A 相绝缘套管这一系统绝缘薄弱点击穿接地，从而与轧钢Ⅰ线B 相电缆接地点形成AB 相两点接短路，引起轧钢Ⅰ线过流I 段动作跳闸（图1）。

图1 发生故障的35 kV 母线套管

2.3 1#主变低后备复压过流Ⅰ段动作跳闸原因

35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 开关在热备用状态，在3500 开关柜内母线套管发生两相接地短路后，柜内电弧发生空气游离击穿，热能急剧释放，3500E 开 关与3500-1 刀闸之间发生绝缘击穿三相短路，造成给35 kVⅠ段母线供电的1#主变低后备复压过流Ⅰ段动作跳闸（图2）。

图2 发生故障的35 kV 断路器

2.4 4# 主变比率差动以及轻、重瓦斯动作跳闸原因

由于4#主变差动保护、瓦斯保护同时动作，初步判断主变压器本体发生内部故障。检查4#主变瓦斯继电器发现有气体产生，将变压器转为检修状态，进行全面试验。

4#变压器型号为SFZ9-80000，接线组别YN d11，用高压兆欧表、直流电阻测试仪等设备对其进行测试，试验数据见表1～表3。

通过以上数据可以看出，变压器存在严重问题：①低压绕组对地绝缘电阻接近零；②低压绕组直流电阻不平衡率严重超过1%的标准；③变压器油氢气产气量超出150 μL/L、乙炔产气量超出5 μL/L、总烃产气量超出150 μL/L。

事故后变压器返厂维修，拆解变压器后发现，变压器A相压板断裂，低压线圈端部相间位置线饼烧毁，且铁心片有不同程度的烧蚀及变形。变压器C 相压板断裂，低压线圈上端部相间位置线饼变形，下端部线圈烧毁变形严重，高、低压线圈无法拆分，高压线圈下端线圈变形断裂，且上部铁心片有不同程度烧蚀及变形。

在此次事故中，由于4#主变所带的35 kVⅢ段母线系统产生较大的过电压以及短路电流，导致4#主变本体内部线圈、铁心等部件绝缘击穿、严重变形受损，造成主变差动保护、瓦斯保护同时动作（图3）。

表1 绝缘电阻试验数据

表2 线圈直流电阻试验数据

表3 变压器油色谱分析试验数据 μL/L

图3 故障变压器

2.5 3500F、3500B 保护动作原因

将轧钢Ⅰ线负荷调轧钢Ⅱ线供电过程中，先合上3500F 开关，在合3500B 开关后发生停电事故，此时，35 kVⅢ段母线A 相绝缘套管与轧钢Ⅰ线B 相电缆接地点形成两点接短路，因此达到3500F、3500B 保护定值后，两者保护同时动作。

3 事故启示及防范措施

（1）小电流接地系统发生单相接地时，一般接地电流不大，但是当发生单相间隙性电弧接地时，系统中积蓄的能量无法泄放，使得中性点电位抬高，系统产生过电压，破坏力大。而且此变电站35 kV 线路多采用电力电缆出线，系统接地电容电流远远大于10 A。

针对单相接地电流大的35 kV 系统中性点接地方式开展改造，建议采用消弧线圈并联小电阻接地组合方式，同时做好对小电流接地选线及灭弧综合装置的配套。

（2）该变电站于2005 年投运，周围环境粉尘较多，设备处于老化状态、缺陷较多，但是由于生产形势紧张，大范围设备改造升级未能开展。根据35 kV 设备实际运行状况，加强对高压设备的绝缘防护，同时解决其他设备缺陷，尽早组织全面升级改造工作。

（3）电力电缆敷设于室外电缆桥架上，点检、维护力度有时跟不上。建议引进电力电缆在线局放监测、红外热成像监测等技术，提高电力电缆在线监测技术水平，尽早发现电缆缺陷劣化趋势，消灭隐患。

（4）在35 kV 系统发生单相接地时，为了保证用户现场能够连续生产，采取影响最小的倒负荷后再停电的方式。结合本次事故处理，建议对单相接地应急处理方案进行优化完善，按用户生产性质进行分类管理，特别是涉及安全的应急措施，应进一步研究其合理性，提高事故状态下的应急处置能力。

4 结论

小电流接地系统中发生单相接地故障，不是所有系统都适用有关规定“允许系统带故障继续运行2 h”，一旦系统中有绝缘薄弱点，当系统电压异常升高时，极易容易引发两相接地短路事故，造成大范围停电事故，应尽量缩短接地故障点隔离时间。