一起10 kV刀閘三相接地短路故障分析

錢夢迪，趙雪騫，周 愷，秦 歡，門業堃，侯宇程

（國網北京電科院，北京 100075）

1 故障基本情況

2017年8月13日8：40，110 kV某變電站1#變低后備復壓過流保護動作閉鎖245自投跳開201開關10 kV 4#母線及所帶3路負荷全停，影響高戶145戶居民7288戶，經查201-4刀閘發生故障。

2 故障變電站及故障設備基本情況

2.1 110 kV某變電站基本情況

系統接線如圖1所示：主變2臺；110 kV接線方式為內橋接線設計進線有2回；35 kV接線方式為單母線分段代旁路接線設計，出線有6回；10 kV接線方式為單母線分段接線設計，出線有14路。

2.2 10 kV 4#母線及201-4柜基本情況

10 kV接線方式為單母線分段接線，10 kV 4#母線共帶10 kV饋線6路。其中，2條線路在故障當天無負荷（備用），其他4條線路負荷正常。10 kV 4#母線為封閉式矩形結構，母線防污等級為D級，母線材料為銅，額定電流3150 A。201-4開關柜為固定式開關柜，額定電流3150 A。發生故障的201-4刀閘于2006年投入運行[1-2]。

2.3 故障發生時的天氣及系統運行情況

故障發生時該變電站所處地區為多云轉陰天氣，悶熱，空氣相對濕度為50%，無落雷現象。故障發生時，系統運行方式及負荷情況如下。

110 kV：111受電在4#母線，經101原4代1#主變，112受電在5#母線，母聯145拉著，掉111，投145，自投運行2#主變備用。

35 kV：301代4#母線負荷，經345代5#母線負荷，母聯345自投停用。

圖1 110 kV某變電站系統接線示意（局部）

10 kV：201代4#母線負荷，經245代5#母線負荷，母聯245自投停用。

10 kV4#母線共帶10 kV饋線6路：總計負荷502 A。

3 故障現場檢查與處理情況

故障發生后，相關技術人員隨即到達故障現場檢查。

（1）201-4刀閘放電通道。201-4刀閘放電通道為A，B，C三相靜觸頭固定銅排的螺絲分別對支柱絕緣子所連接的金屬支架放電，母排本體無明顯放電痕跡。201-4刀閘水平安裝的支柱三相絕緣子上側均燒損嚴重，表面瓷裙幾乎燒平，刀閘銅排固定螺絲端部基本燒融。

（2）故障處理情況。故障設備201-4刀閘供電公司內部無備件。為盡快恢復設備供電，直接用銅母排取代201-4刀閘，并更換母線倉與隔離開關室穿柜套管對母排加裝熱縮護套。根據電科院技術人員建議，在母排連接處用專用絕緣膠帶進行絕緣化處理，確保母排整體絕緣水平，同時將母排接頭的4只螺絲反穿，以減小局部電場畸變程度。安裝完成后，對母線進行工頻交流耐壓試驗，試驗電壓為38 kV/min通過[3-4]。

技術人員對1#變進行了采油色譜分析、繞組變形試驗以及直阻試驗等相關試驗工作。經分析，試驗結果正常，1#主變可投入運行。8月13日21頤15，1#主變投入運行。8月14日 2頤00，10 kV4#母線故障處理完畢，10頤30，全站設備及負荷恢復正常運行方式。

4 故障原因分析

4.1 故障錄波數據分析

4.1.1 本起故障錄波數據分析

故障時間起始于 8頤23頤29，終止于 8頤23頤33，總共持續時間3.5 s。其中，C相單項接地1.5 s相間短路故障時間2 s。經現場核實，故障錄波的“35 kV 4#母線電壓”與“10 kV 4#母線電壓”通道錯誤，互換后應為正確狀態同時“35 kV 201電流”應為“10 kV 201電流”。該問題已整改完畢。

故障過程主要分為3個階段：

（1）第一階段：10 kV的 C相單相接地時間持續1.5 s。期間，C相出現接地故障電壓出現間歇性峰值最高峰值為1.3 kV。A，B兩相電壓波形呈三角波，電壓幅值11.4 kV，表明PT在工頻過電壓作用下出現了磁飽和現象。從C相電壓波形判斷，此時C相接地為間歇性弧光接地周期為10 ms，容易產生弧光接地過電壓。一般情況下，弧光接地過電壓水平為正常運行電壓峰值的2～3.5倍，即（16.33～28.57）kV（圖 2）。

圖2 C相單相接地期間電壓局部波形

（2）第二階段：10 kV的B，C兩相相間短路持續時間12 ms。在此期間，B，C兩相相間短路電壓約為0.4 kV，A相電壓為線電壓10 kV。B，C兩相電流波形相位相反幅值為14 kA（圖3）。

（3）第三階段：10 kV的A，B，C三相接地短路持續時間2 s。期間A，B，C三相接地短路電壓幅值均為0.5 kV，短路電流為13 kA（圖 4）。

圖3 B，C兩相相間短路故障錄波（局部）

圖4 A，B，C三相相間短路電流故障錄波

4.1.2 近期單相接地故障錄波數據分析調取8月1～18日110 kV某變電站10 kV 4#母線故障錄波，可知該母線多次發生單相接地故障，接地持續時間在幾百毫秒至幾十分鐘不等。圖5的波形表明接地點出現了間歇性弧光接地。

4.2 10 kV 4#母線單相接地信號分析

上面的故障錄波數據顯示，2017年8月 4日、5日、6日、7日、11日、13日曾出現多次單相接地故障。為進一步核實10 kV單相接地情況，因為該站內監控主機癱瘓，從調控中心調取了8月1日至13日的監控信息未發現“接地”信號，但存在“10 kV 4#母線電壓不合格”信號，因此無法從站內監控主機、遠方監控系統直接獲得“10 kV 4#母線單相接地”信號[5]。

4.3 10 kV 4#母線容性電流及消弧線圈補償情況

圖5 B相接地故障接地相波形（局部放大）

10 kV 4#母線消弧線圈額定補償容量300 kV·A。經電容電流測試，電容電流值11.36 A，此消弧線圈目前處于未投運狀態該站10 kV系統為中性點不接地系統運行。根據10 kV，35 kV系統中性點接地方式選用技術原則規定，對于10 kV系統當電容電流大于20 A時中性點需裝設消弧線圈[6]。

4.4 201-4刀閘絕緣距離與絕緣結構分析

從圖6可以看出，245開關柜內刀閘靜觸頭固定銅排的螺絲采用絕緣盒罩住，而發生故障的201-4刀閘固定銅排無絕緣盒保護、螺絲裸露。經實測，螺絲至刀閘金屬支架的距離為95 mm，不滿足12 kV高壓開關柜中10 kV電氣距離125 mm要求。刀閘、母排相間絕緣距離125 mm符合要求[7-8]。據運行單位反映此處絕緣罩在某次檢修過程中拆除但具體時間不明。

4.5 故障原因分析

圖6 245開關柜和201開關柜比較

該站10 kV 201-4刀閘母排接頭處的絕緣罩拆除，相對地空氣絕緣距離為95 mm（不滿足逸125 mm的標準要求），且連接緊固母排的4個螺桿突出母排高度約20 mm，形成4個尖端局部電場產生畸變使擊穿電壓耐受水平降低。同時，柜內長期未清掃，絕緣子沿面存在污穢。故障當日，天氣悶熱，相對濕度50%，而故障前的間歇性弧光接地過電壓對該絕緣薄弱點形成沖擊。在上述因素的綜合作用下，引發了此次故障。

5 結論與建議

5.1 此次故障的主要原因

（1）刀閘母排接頭處的絕緣罩拆除，同時連接緊固母排的4個螺桿形成4個尖端局部電場產生畸變，形成絕緣薄弱點。

（2）間歇性單相接地故障產生了弧光，接地過電壓在絕緣薄弱點處造成了絕緣擊穿故障。

另外，此次故障還反映出以下問題：淤開關柜檢修后未及時恢復絕緣護罩；于站內監控主機癱瘓，遠方監控系統無法直接獲得“10 kV 4#母線單相接地”信號；盂站內1#故障錄波裝置通道設置錯誤；榆柜內長期未清掃絕緣子沿面存在污穢。

5.2 建議

（1）建議供電公司對35 kV，10 kV柜內絕緣薄弱點進行排查處理。主要排查點包括：淤絕緣罩、絕緣盒、絕緣檔板缺失；于復合絕緣包纏工藝不良；盂柜內絕緣部件表面積污情況；榆絕緣距離不滿足要求。

（2）建議供電公司對本站內癱瘓的監控裝置主機及時安排修復對監控系統中的“10 kV單相接地”信號進行核實、整改。

（3）建議加強設備檢修處缺后的驗收、試驗工作。