大新站10kVⅡ母PT故障分析及中性點不接地系統母線PT故障預防措施分析

馬洪杰（廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西崇左532200）

大新站10kVⅡ母PT故障分析及中性點不接地系統母線PT故障預防措施分析

馬洪杰（廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西崇左532200）

本文介紹了110kV大新站10kVⅡ母PT損壞的經過，對其進行了故障原因的剖析，并借此引出了關于中性點不接地運行系統線路發生單相接地時對母線PT的危害，提出了預防中性點不接地系統母線PT損壞的防范措施。

中性點不接系統；線路接地；母線PT損壞；防范措施

1 事故發生過程

2013年07月13日16時26分44秒，監控通知110kV大新站10kVⅠ、Ⅱ段母線接地，要求巡維值班人員現場檢查；

16時41分30秒，巡檢人員到站，與監控中心聯系后，斷開了10kV分段900開關，10kVⅠ段母線接地信號復歸，但10kVⅡ段母線接地信號仍存在。10kVⅠ段母線電壓顯示為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV，Uab：9.59kV，Ubc：9.64kV，Uca：9.60kV；

16時51分31秒，監控中心斷開110kV大新站10kV北郊線962開關（當時10kVⅡ段母線只有北郊線處于運行狀態），接地信號未復歸，10kVⅡ段母線電壓顯示Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV，線電壓10.34kV；

16時53分20秒，巡維人員檢查10kV配電室，聞到燒焦味；

17時03分28秒，監控中心斷開2號主變10kV側902開關；

17時14分30秒，巡檢人員現場檢查發現110kV大新站10kVⅡ段母線PTB相已燒壞。

2 現場外觀檢查

圖1

圖1 中，B相PT高壓繞組與鋁排連接處有燒融的液體溢出，PT已不具備運行條件。由于PT間隔未轉為檢修狀態，三相保險是否已熔斷無法確定。

3 大新10kVⅡ母PT銘牌參數

圖2

4 過程說明

第一階段：16時26分44秒至16時41分30秒：事后經詢問，“16時26分44秒發10kVⅠ、Ⅱ段母線接地信號”時，系統A相電壓為0V，B、C相相對地電壓為10kV。說明16時26分44秒時，系統A相線路有接地現象，因無錄波圖，線路接地持續了多久無法確定。

第二階段：16時41分30秒～16時51分31秒：16時41分30秒，巡檢人員斷開10kV分段900開關后，10kVⅠ段母線接地信號復歸，但10kVⅡ段母線接地信號仍存在，10kVⅡ段母線相電壓顯示為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV，Uab：9.59kV，Ubc：9.64kV，Uca：9.60kV。說明斷開900開關后，Ⅱ段母線電壓仍存在異常（較正常相電壓有升高），且Ⅱ段母線PT開口三角仍有電壓輸出，因為Ⅱ段母線接地信號未復歸。

第三階段：16時51分31秒以后：由于當時10kVⅡ段母線出線線路中只有北郊線處于運行狀態，16時51分31秒，監控中心斷開10kV北郊線962開關，接地信號仍未復歸，10kVⅡ段母線電壓顯示Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV。結合事后巡維人員的現場檢查，可判斷在斷開962開關時10kVⅡ母PT已損壞，導致B相電壓降為0V。

5 過程推導及原理分析

從上面的事故說明，可把整個過程簡化銜接如下：首先，B相線路發生接地，接地信號報警。接著，系統三相相電壓升高，接地信號仍然存在，最后，B相PT燒壞。

總結本次事故的發生有如下幾個特點：

（1）大新主變10kV側接線為三角形接線，屬不接地系統；

（2）系統出現異常前發生過線路接地；

（3）系統三相電壓均有不同程度的升高；

（4）事故整個過程都伴隨有接地信號，也就是PT二次側開口三角一直有一定的電壓輸出。

以上4個特點與中性點不接地系統發生鐵磁諧振時表現出來的特征較為穩合。由于無錄波圖參考，現結合諧振的發生機理，對本次事故推導如下：

13日16時26分44秒，A相線路發生接地是本次事故的開始，此時，A相線路接地故障點會流過電容電流，未接地相（B、C相）線路的電壓升高至線電壓，同時，未接地相（B、C相）線路對地電容會充以與線電壓相應的電荷，而此電荷產生的電容電流以A相線路接地故障點為通路，在主變端電源——未接地導線（B、C相）——大地——A相線路接地故障點——主變端電源間流通。線路接地故障期間，PT因接地相一次電壓降低，導致二次側開口三角有不平衡電壓輸出，出現線路接地信號。

當接地故障消失時，線路接地故障點消失，此時電流通路被切斷，非接地相（B、C相）必須由線電壓恢復到正常相電壓，則需要將聚集在線路上的多余的電荷釋放掉。而在中性點不接地系統（大新2號主變10kV側為三角形接線）和線路故障接地點已斷開的前提下，電荷只能通過PT的高壓繞組并經其接地的中性點流入大地，重新在B、C相線路——母線PT——A相線路間形成回路，進行電荷充放電平衡。在這一變化過程中，大量電荷要通過PT高壓繞組釋放，很容易引起PT鐵芯的飽和，鐵芯飽和后的PT勵磁電感會逐漸變小，當勵磁電感減小到和系統電容滿足一定的匹配關系時就會形成共振回路，激發鐵磁諧振過電壓。16時41分30秒，巡檢人員斷開10kV分段900開關后，查看監控機，顯示10kVⅡ段母線相電壓分別為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV。從三相相電壓值，我們可以確認此時線路接地已經消失，但三相相電壓并未恢復到正常的相電壓水平，而是保持在1.33倍左右的額定相電壓，說明在A相線路接地消失后，系統又經歷了一個震蕩的過程，推測是由于B、C相線路上的電荷在通過PT高壓繞組進行電荷釋放的過程中，引起PT鐵芯飽和，使系統對地感抗發生變化并與系統相間及相對地容抗匹配，產生了諧振，而且及有可能是分頻諧振，因為分頻諧振通常會使三相對地電壓同時升高至1.2～1.5倍額定相電壓之間（1.33正好處于這個區間范圍）。另外，在發生分頻諧振過程中，由于PT鐵芯處于飽和狀態，PT二次側電壓相位會與一次側電壓相位產生偏差，在三相相位疊加作用下，會導致二次側開口三角有不穩定的電壓輸出，這也是在線路接地故障消失后，還會出現間歇性接地信號報警的原因。當系統發生諧振后，系統會由一個狀態過渡到另一個狀態并維持穩定，直到產生諧振的條件被破壞后，諧振才會消除。從16時41分30秒（巡檢人員斷開10kV分段900開關時出現三相電壓升高）到16時51分31秒（監控中心斷開10kV北郊線962開關，10kVⅡ段母線電壓顯示為Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV）共10min，B相PT高壓繞組極有可能在經歷諧振的過程中就已經對地擊穿，所以在斷開962開關——破壞諧振條件后，B相相電壓仍接近于0V。

6 中性點不接地運行系統線路發生單相接地對母線PT的危害及PT損壞原因分析

綜合上述過程分析，對PT損壞原因判斷如下：

B相PT損壞的直接原因：在A相線路接地故障消失后，三相線路重新進行電荷分配，B、C相線路通過母線PT一次繞組形成回路對A相線路充放電，引起母線PT一次繞組鐵芯飽和，感抗下降并與系統對地容抗匹配，形成鐵磁諧振，諧振狀態下流經PT一次繞組的電流持續增大，導致PT一次繞組及鐵芯溫度升高，當熱量積累到一定程度，PT繞組絕緣材料開始融化，并引起繞組匝間絕緣擊穿，放電，隨著諧振過程的持續，PT內部故障進一步加劇，故障部位逐漸擴大，并最終導致高壓繞組對地擊穿。

B相PT損壞的間接原因：大新站16時26分44秒，10kV系統線路發生接地，引起系統波動是本次事故的誘因。而PT高壓繞組飽和，勵磁電流增大時，與高壓繞組串聯的高壓保險未能熔斷，未能迅速破壞諧振條件，導致PT高壓繞組長時間承受過電流、過電壓沖擊，也是導致PT損壞的間接原因之一。

7 預防中性點不接地運行系統母線PT損壞的技術措施分析

（1）查閱歷年10kV、35kV系統母線PT的故障記錄，多數母線PT故障前都伴有線路單相接地故障的發生，而線路單相接地故障多以線路對地間歇性電弧放電為主。通過本次分析可知，線路接地是本次PT故障的誘因，因此，減小中性點不接地系統接地發生的可能性，就能從源頭降低母線PT發生故障的概率。而從目前的技術手段來看，只能結合系統電容電流的大小，對該系統電壓側有中性點引出的星型接線的主變，采用投入消弧線圈；對該系統電壓側無中性點引出或采用三角形接地的主變，采用在母線PT一次繞組中性點加裝消諧器的手段，在線路剛發生單相接地故障時，就將接地故障切除，縮短故障持續時間，減少諧振過電壓對PT的沖擊。所以，要對10kV、35kV等中性點不接地系統要進行一次電容電流普測，對系統電容電流超標的變電站及時采取加裝消弧線圈或一次消諧器的措施。

（2）嚴格按相關標準，選擇PT一次，確保系統發生諧振，PT一次繞組過流時，熔斷器能及時熔斷，切斷線路電容充放電回路，保護母線PT。

（3）為了提高母線PT在系統電壓波動時的承受能力，在PT入網前應嚴格按照《電氣設備交接試驗標準》（GB50150-2006）的要求，對中性電不接系統，進行1.9倍相電壓下的PT勵磁特性試驗，以確保PT的勵磁特性和抗飽和能力能滿足要求，提高母線PT的抗沖擊能力，減少設備故障率。

［1］袁克旻.中性點不接地系統單相接地的危害［J］.有線電視技術，2013（08）.

［2］于文斌，郭強.高壓電壓互感器燒毀原因的分析及對策研究［J］.機電產品開發與創新，2016（01）.

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