10kV中性點PT燒壞事故的分析和解決

李歡歡　劉亞洲

摘 要：本文介紹了中性點PT在消弧線圈成套設備中的作用及PT燒壞的主要原因。以平頂山市鏤樺變為例，分析該站內中性點PT燒毀的原因，針對故障情況，提出多種解決方案，并結合現場站內環境，考慮經濟性和可靠性的特點，選擇最佳解決方案，保證了站內消弧線圈成套設備的正常運行。

關鍵詞：消弧線圈;中性點;PT

中圖分類號：TM451 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0111-03

Analysis and Solution of 10kV Neutral PT Burning Accident

LI Huanhuan1 LIU Yazhou2

（1.Zhengzhou Yangtianhuida Information Technology Company，Zhengzhou Henan 450001;2.State Grid Zhejiang zhuji Power Supply Company，Zhuji Zhejiang ，China，311800）

Abstract： This paper introduced the function of neutral point PT in the complete set of arc suppression coil equipment and the main causes of PT burnout. Taking Pingdingshan City as an example， based on the analysis of the causes of PT burnout at the neutral point in the station， various solutions were put forward to ensure the normal operation of the complete set of arc suppression coil equipment in the station， taking into account the characteristics of economy and reliability.

Keywords： arc suppression coil;neutral point;PT

目前，隨著我國經濟社會的發展，城鎮不斷擴張，電力也發展迅速，電網中大多變電站10kV電纜線路條數不斷增加，電纜長度也越來越長。因此，許多城鎮配電網系統的容性電流已經大大超過10A，甚至達到上百安培，而作為當系統發生單相接地故障時抵消系統容性電流的消弧線圈成套設備的正常運行在這時就顯得尤為重要。當配電網系統發生單相接地時，由于系統中容性電流的存在，接地點電流大，電弧不易熄滅，在該條母線上裝上消弧線圈成套設備為接地點補償感性電流，抵消系統中的容性電流，減小了接地故障點的電流，防止單相接地故障擴大，保障系統穩定運行。

消弧線圈成套設備按照補償感性電流的方法可分為調匝式、磁閥式、相控式、調容式和調氣息式[1]。本文敘述的調匝式消弧線圈成套設備主要有接地變壓器、中性點隔離刀閘、避雷器、中性點PT、中性點電流互感器、消弧線圈、有載分接開關、阻尼箱和控制器等。

消弧線圈成套設備中的中性點PT與消弧線圈并聯運行，首末兩端分別接在系統中性點與站內地網處，其主要作用是測量出中性點處的位移電壓。消弧線圈控制器利用中性點電壓，一是計算系統的容性電流;二是消弧線圈控制器通過中性點電壓量來判斷系統線路是否存在接地;三是消弧線圈控制器通過中性點電壓的變化來調節消弧線圈的檔位，達到最佳補償效果，自動跟蹤系統容性電流的變化。

平頂山市鏤樺變電站站內裝設的一套消弧線圈成套設備運行中中性點PT發生多次損壞。由此，本文主要對該事故原因進行分析，結合消弧線圈成套設備狀況，提出解決方案。

1 事故過程

1.1 故障概述

2018年12月7日23：16，運維人員正常巡視時，發現鏤鏵變10kV Ⅰ段母線出現接地現象。10kV高壓室內，鏤1#接地變及消弧裝置有濃煙冒出，鏤1#消弧線圈控制器處于正常工作狀態，鏤16板（鏤1#接地變）開關處于運行狀態，運行人員立即匯報調度，得到批示后，將低壓交流轉移到鏤2#站用變上，斷開并退出鏤16板（鏤#1接地變）開關。10kV母線接地故障消失，10min后鏤#1消弧線圈煙霧消失。

檢修試驗專業人員到達工作現場檢查發現：鏤1#消弧線圈中性點PT損壞嚴重燒毀開裂，圖1是燒毀后的中性點PT損壞情況。

鏤1#接地變、鏤1#消弧線圈上部有少許熏黑和浮塵，漏出裸露銅線，鏤1#消弧線圈控制器工作正常，站內后臺顯示1母線路發生接地故障。據現場運維巡視人員反映，12月7日晚上風力較大，線路發生瞬時接地故障較頻繁。因此，初步判斷引起此事故的導火線是線路中發生的頻繁瞬時接地故障衍生為死接地故障。

1.2 故障設備外觀檢查

經過對事故現場進行勘查發現，鏤1#消弧線圈成套設備除中性點PT損壞嚴重外，阻尼電阻表面發黑，鏤16板（鏤1#接地變）開關、CT、鏤1#接地變、鏤1#消弧線圈、中性點避雷器、有載分接開關等設備外觀無異常。

2 設備檢查試驗

中性點PT開裂、損壞嚴重已報廢，無需再進行高壓試驗。主要對鏤16板開關進行了絕緣電阻、交流耐壓試驗，動作靈敏度及過流保護試驗;對接地變進行了絕緣測量，工頻耐壓試驗，變比試驗，繞組阻值測量;對中性點CT進行了主絕緣檢查，精度檢測;對于消弧線圈，檢查了每個檔位的直阻以及絕緣情況;對中性點避雷器的試驗檢查有絕緣、耐壓試驗及泄露電流的測量，阻尼電阻阻值檢測及真空接觸器保護動作試驗，有載分接開關的過渡電阻及絕緣試驗。通過常規性的高壓試驗可知，鏤16板（鏤1#接地變）開關、CT、鏤1#接地變、鏤1#消弧線圈、中性點避雷器、有載分接開關和阻尼箱等設備合格[2]。

3 原因分析

引起PT燒壞的常見因素有以下幾種。一是產品本身原因。國內外電力設備生產廠家不計其數，廠家的實力也參差不齊，因此生產出來的產品質量也差別較大。一些小廠家往往因于技術實力弱或者管理松懈、產品出廠前檢驗制度不規范等，造成PT出廠不過關，更有一些廠家產品材料以次充好。這些因素都會造成PT過早地絕緣老化，發生線圈絕緣擊穿匝間短路、電流驟增現象，從而燒壞電路。

二是PT二次故障引起的一次故障，如PT二次發生短路故障，正常運行時，PT二次線圈相當于開路，阻抗很大。當PT二次側運行中發生短路，阻抗迅速減小到接近于零，這時二次回路會產生很大的短路電流，直接導致二次線圈嚴重發熱而燒毀。三是過電壓造成設備絕緣損壞。中性點PT高壓側過電壓的產生一般是由于線路發生接地故障導致10kV中性點處電壓值升高，PT高壓側地電壓突然升高很容易激發鐵磁諧振，鐵磁諧振往往產生更大過電壓，當過電壓達到設備的極限時就會將設備燒毀。

現場情況分析：根據變電站內設備監控主機的監測記錄可知，現場故障時，10kV母線電壓A相17.3kV、B相14.2kV、C相7.3kV。根據郭莊變集控站值班人員反映的情況及變電站內運行設備監控主機的顯示來看，由于10kV線路有接地發生，致使中性點電壓升高，從而引起零序PT磁飽和，長時間持續發熱，且此PT完全封閉，不利于鐵芯散熱。同時，由于中性點電壓升高，零序PT感抗發生變化，經站內值班人員查看站內故障錄波儀器發現，接地故障發生時出現高次諧波，此時接地線路發生間隙性弧光接地，產生高頻諧振，從而在零序PT上產生高頻諧振過電壓，這是導致此次零序PT燒壞的主要原因。可見，引發此次事故的因素是綜合性的：一是線路單相接地故障引發的鐵磁諧振過電壓;二是產品設計及制造工藝存在缺陷。

4 解決方案及建議

經過對消弧線圈的相關設備進行外觀及高壓試驗檢查，主要發現以下問題，阻尼電阻發熱嚴重，存在隱患;中性點PT燒毀不能工作。故該消弧線圈不能投入運行。

4.1 解決方案

根據消弧線圈成套設備的工作原理及國內各個廠家的產品狀況，解決此事故的方案主要有以下幾種。

第一種方案：更換容量較大，勵磁特性較好，鐵芯未完全封閉（有利于散去鐵芯飽和所產生的熱量）的零序PT，同時在零序PT加裝保險[3]。但是，加裝的高壓保險需要與中性點PT配型準確，若選擇的保險額定電流較小，則會經常燒毀保險，增加維護量，且需要投入更多的人力和財力;若選擇的保險額定電流較大，則起不到保護零序PT的作用。同時，現場空間緊湊，加裝保險還要考慮絕緣距離，保證人員和設備安全。因此，該高壓保險的選型和施工比較麻煩。

第二種方案：更換帶有內附PT的消弧線圈。此類消弧線圈不僅能在接地故障產生時補償感性電流，還能監測中性點電壓。但是，利用消弧線圈本體的二次側檢測中性點電壓，根據實際運行經驗發現誤差較大，因為正常運行過程中中性點處的電壓隨著系統參數的變化也在不斷變化，并且消弧線圈在不同檔位高壓側線圈的匝數也不一樣，故不同檔位下消弧線圈的變比不同。消弧線圈控制器需要根據每個檔位變比進行調整，并進行軟件升級改造。

第三種方案：為防止接入零序PT引起系統參數改變，再次燒毀PT，可以改變消弧線圈控制器的算法和消弧線圈一次設備的結構，將原來的消弧線圈二次并聯電阻改為一次串聯電阻，并將電阻的保護單元由原來的機械保護改為可控硅單元。同時，要采集中性點電流計算出中性點電壓來代替零序PT。

第一種方案備貨周期較長，一次設備空間較狹窄不便安裝高壓保險。第二種方案更換消弧線圈費用較高，不經濟，而且消弧線圈控制器的軟件升級改造工程復雜，中性點電壓監測誤差較大。第三種方案僅需要安裝一個精度較高的零序電流互感器，阻尼電阻由并聯改為串聯，串聯到一次回路后，阻尼作用更加明顯，避免諧振過電壓的產生。同時，將阻尼電阻中的保護單元改為可控硅式單元能更好地保護電阻。當電阻兩端的電壓過高達到閾值后，可控硅能快速響應，比真空接觸器機械式響應速度快，而且可控硅的壽命也比機械式的設備要長久。此外，此種保護單元不需要二次接線，不僅節約成本，而且便于維護，節省人力和物力。通過采集到的零序電流計算出中性點電壓，代替零序PT的功能，這既能實時監測到中性點電壓，又能將消弧線圈成套設備簡單化，防止接入零序PT而引起系統發生諧振[4]。

結合此變電站的情況，考慮經濟性、可靠性和方便快捷性，建議采用第三種方案，即撤掉原裝消弧線圈的中性點PT，加裝精度較高的零序CT，通過零序CT采集到的中性點電流來計算出中性點電壓。

4.2 建議

第一，由于此次零序PT燒壞是由鏤14板線路發生接地故障引起的，且此線路發生接地較頻繁，故建議對此線路加強巡視檢查，排除可能引起線路接地的隱患。具體來說，變電站運維人員可密切關注消弧線圈成套裝置上的測溫裝置，發現溫度異常要及時匯報，當10kV線路再次發生接地時，記錄10kV母線三相電壓、開口三角電壓、消弧線圈控制裝置上的中性點電壓，并及時上報。

第二，對于變電站同一廠家的設備應加強巡視，防止類似事故再發生。

第三，該變電站后臺監控主機顯示該站10kV電壓等級鏤20板出線發生接地故障較頻繁，此線路為架空出線，應對此線路周圍樹木雜物情況進行仔細檢查，防止線路接地現象頻繁發生;按規定對線路上的絕緣子、避雷器等設備進行定期絕緣測試，及時更換不合格的器件，避免因設備絕緣不良而發生單相接地故障;同時，也要對其他出線進行定期巡視維護，排除發生單相接地故障的誘因。

第四，今后選擇設備時，要盡量選取實力較強、產品技術過硬的大廠家的設備。電力系統工作人員要提高技術能力，把好產品質量關，禁止不合格產品進入，發現不合格的電力器件應及時更換，避免留下隱患。

為了降低消弧線圈成套設備的故障率，保障消弧線圈運行狀況良好，還應定期對其進行巡檢維護。

5 結語

該站采取上述方案后，消弧線圈設備運行將近1年，運行狀況穩定，系統跟蹤正常，未再發生電力設備燒壞事故，單相接地故障次數明顯減少，保障了變電站設備安全運行，確保了該變電站附近用電客戶的權益。

參考文獻：

[1]粱曉紅，劉永青，嚴福超，等.10kV系統單相接地引起PT燒毀原因分析及處理[J].電工技術，2017（12）：76-77.

[2]許曄，郭謀發，陳彬，等.配電網單相接地電弧建模及仿真分析研究[J].電力系統保護與控制，2015（7）：57-64.

[3]湯蘊璆.電機學[M].4版.北京：機械工業出版社，2011.

[4]要煥年，曹梅月.電力系統諧振接地[M].2版.北京：中國電力出版社，2009.