某變電站110kV變10kV系統故障分析及防范探究

李莉

【摘要】本文通過對某變電站110kV變10kV系統的一次故障，從試驗結果，結合地理位置、事故地環境和設備本身進行分析引起該事故的原因及預防此類事故措施，以避免類似事故發生。

【關鍵詞】短路;色譜分析;耐壓試驗;防范措施

1.引言

2013年5月23日10：45分某變電站110千伏變10kV系統低壓側A、B、C、D、E五條線路過流保護動作跳閘。現場檢查站內線路B出口龍門架三相引線斷裂，高壓室檢查線路D出口開關柜內三相電流互感器放電炸裂、開關柜觀察窗玻璃破裂、間隔內開關、刀閘被高溫氣體熏黑。

表1 故障間隔設備基本情況

設備 型號 出廠日期 投運日期

線路D出口電流互感器 LA-10 2003-7 2005-1-1

線路D出口開關 ZN28A-10/1250-31.5 2001-2 2001-5-1

2.現場情況

2.1 設備直觀檢查分析

線路D故障后，檢查其開關柜內存在三相CT絕緣擊穿放電， CT內部一次線圈有嚴重發熱變形和粘連的情況。柜體該線路三相母排處瓷瓶有明顯電弧燒傷痕跡。初步判斷故障是由CT流過較大電流，內部嚴重發熱，外護套未能承受溫升發生炸裂并引發接地及相間短路。

圖1 線路B出線三相引線斷裂

圖2 線路D間隔CT圖片

2.2 試驗數據

按照檢查性試驗要求對10千伏東母線、東母所屬間隔設備進行高壓試驗，同時，對遭受近出口短路沖擊的該站#1主變進行油色譜分析。

試驗結果：

1）由于下#1主變為高阻抗變壓器，油色譜分析結果顯示在遭受近出口短路沖擊后內部無由于局部故障引起的放電情況。由于搶修時間要求，未能對變壓器本體進行繞組變形判斷試驗，將在下階段的例行試驗中進行校驗。

2）在對母線及間隔內設備開關、CT進行耐壓試驗時除其中一線路E的B相CT耐壓試驗無法通過試驗標準外，其余設備均通過了38kV/min的試驗要求。拆除該相CT檢查時發現其外部絕緣結構已遭破壞，出現明顯裂紋，造成耐壓試驗時一次繞組對鐵心放電故障，已無法滿足運行要求。

3）在對全部間隔內避雷器進行高壓試驗時發現線路C間隔A相避雷器由于早期遭受過電壓內部已經擊穿，其內部氧化鋅閥片喪失過電壓保護功能。其他避雷器試驗結果顯示均為正常。

4）所用變的耐壓試驗及直流電阻測試均顯示正常，滿足運行條件。

3.原因分析

3.1 外部原因

5月13日事故地局部地區陣風6到7級，且事故變電站所處地理位置為一小山頭，無避風遮攔。持續大風造成站外布局較近的10千伏線路短路。該變電站低壓側母線所屬A、B、C、D、E五條線路的開關過流保護動作跳閘，故障電流大約為正常電流10倍，大電流引起設備跳閘的同時，線路D過流引起燒損。

表2 故障電流折算

線路名稱 A B C D E

二次電流 70.5A 11.5A 66A 99 11.68

定值 21A 7.5A 24.5A 90A 4A

CT變比 300/5 400/5 300/5 50/5 3000/5

按照國家電網公司二○一一年十二月下發的《十八項電網重大反事故措施》中防止大型變壓器損壞事故第9.1.5中要求為防止出口及近區短路，變壓器35kV及以下低壓母線應考慮絕緣化;10kV的線路、變電站出口2公里內宜考慮采用絕緣導線。而變電站的10kV架空出線為無絕緣化導線，不滿足反事故措施。

3.2 內部原因

站內10千伏電流互感器為持續通過電流、且其結構特點為開關柜內唯一通過復合絕緣材料進行絕緣的電力設備，短路故障發生時通過的大電流導致鐵心飽和，同時伴隨著CT自身的發熱和振動，考驗著CT的動穩定和熱穩定特性。

動穩定特性——當短路發生的初始階段，短路電流較大，然后衰減到正常值，往往采用短路電流的穩態值乘以2.55來表示短路電流的最大值（沖擊值），即動穩定值，如果在短路發生時，CT可以扛過沖擊值，CT本身就不會發生由于磁路飽和引起的機械力的傷害。

熱穩定特性——熱穩定的校驗是短路的一段時間內，CT自身的發熱量不會造成內部過熱燒壞，在內阻已定的前提下，其發熱量與電流的平方和持續時間成正比，即銘牌上常見的“1s短時熱穩定電流”和“3s短時熱穩定電流”，即穩定值和持續時間必須都滿足條件，才可保證CT在短路時不會由于發熱造成燒毀。

由于事故變電站惡劣的線路運行條件，尤其是10kV線路，頻繁造成線路跳閘，跳閘引起的短路反復沖擊著站內設備。CT在每一次的短路故障過程中都要承受著發熱和振動的考驗，由于絕緣材料和導磁材料的累積效應，每次短路故障后，其自身的動穩定和熱穩定特性都要下降。

分別對本次故障損壞的CT進行分析：

線路D：該線路的CT為2003年生產的LA-10型產品，其變比為50/5，小變比CT如無特殊技術要求其動穩定和熱穩定特性都隨之降低，其熱電流為150倍的一次額定電流，且為“1s短時熱穩定電流”，此CT在短路發生時容易損壞，如圖3所示，在短路發生時，由于發熱導致下軍1CT3相不容程度的燒毀。此為典型的由于CT熱穩定特性不滿足短路時故障電流及故障時間情況。此類故障發生時同時伴隨著弧光及由于復合絕緣材料達到可燃條件引發的火災及爆炸。

線路E：該線路B相CT檢查時發現其外部絕緣結構已遭破壞，由于短路時出現的機械沖擊導致CT表面出現明顯裂紋，絕緣材料已經破壞，耐壓試驗進行時一次繞組對鐵心放電故障，已無法滿足運行要求。此為典型的由于CT動穩定特性不滿足短路時故障電流情況，如圖3所示。

圖3 線路E出口B相CT圖片

4.防范措施

從試驗結果，結合地理位置、事故地環境和設備本身進行分析，得出：

1）必須嚴格按照國家電網相關要求對架空線路進行改造，謹防諸如此次故障的近出口短路故障對變壓器本體的沖擊。

2）對舊式變壓器的相關參數和動、熱穩定電流差的CT進行檢查，并對電網可靠運行的影響程度進行分析，按照危機程度安排進行更換，以使所有設備滿足的運行特性，達到故障發生后保護及時動作的要求。

3）對農村電網的各級電流互感器的動穩定及熱穩定特性進行檢測，不符合要求的及時更換，防止故障后事故擴大。針對目前農網10kV CT故障情況頻發的狀況，首先，應從設備的入網嚴格把關，做好設備的交接驗收工作。其次，應充分做好近出口短路后的設備檢查、試驗工作。

參考文獻

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