因外電供電質量導致變電所停電的故障分析

國家石油天然氣管網集團有限公司華南分公司 趙平生

國家管網華南分公司所屬一10KV變電所多次發生電容器投用后保險熔斷故障，某日，專業人員對II段高壓電容器檢修后，分別投用II段、I段高壓電容器時，因I段高壓電容器出現內部故障造成上游變電所跳閘而全站失電，經檢查發現上游供電局電源諧波超標是導致故障停電的主要原因?，F將故障和處理過程介紹如下，供同行參考。

1 事故過程

國家油氣管網集團有限公司華南分公司所屬一10KV變電所，為單電源供電，變電所內單母線兩段供電，兩段母線均有高壓電容器（如圖1）。

圖1 變電所一次系統圖

某日，專業人員完成II段高壓電容器的檢修后，先投用I段高壓電容器，1#進線功率因素為0.96，I段電容器投用正常。斷開I段高壓電容器后，合上II段高壓電容器組斷路器，II段高壓電容器B相保險熔斷，對應的接觸器隨即跳閘。重新合上I段電容器開關，電容器出現異響，持續5至6s后，I段電容器柜跳閘，同時變電所全部停電，現場檢查發現1#進線無電。

圖2 B相對電纜頭擊穿

圖3 開關柜側板灼燒痕跡

圖4 進線三項母排有放電痕跡

對外供電線路及變電所高壓母線進線絕緣測試，未發現異常。打開1#高壓電容器柜，檢查發現電容器柜進線電纜B項電纜頭擊穿（如圖2）、開關柜側板有灼燒現場（如圖3）、進線三相母排有放電痕跡（如圖4）、電容器B相保險燒斷。

2 原因分析

造成高壓電容器保險燒斷、變電所停電的原因可能有以下幾個方面：一是一次系統絕緣不合格、發生對地短路或相間短路。二是高壓電容器熔斷器選型不合理。三是諧波電流過大，造成保險燒斷。下面就這幾個方面的原因展開分析排查。

2.1 一次絕緣排查

對進線和變電所高壓母線絕緣測試無異常，說明外供電系統無接地、變電所內一次設備絕緣良好，排除系統接地或三相短路的原因。

2.2 熔斷器選型合理性排查

變電所內每段母線配置有容量為500kvar的無功補償裝置，每組無功補償裝置內的200kvar容量和300kvar容量的裝置可分開投切，額定電壓為10kV，Y型接法，電抗率為6%，兩之路熔斷器器規格分別為16A和26A。

根據：

可知，200kvar容量和300kvar容量電容器支路的額定電流分別為11.5A和17.3A，熔斷器的選型符合規范要求。

2.3 系統諧波情況排查

根據：

可知，每組內電容的等效基波容抗分別為500Ω(200kvar)和333.33Ω(300 kvar)，電抗器的等效基波電感為30Ω(200kvar)和20Ω(300 kvar)。電容器的接線示意圖和等值電路圖如下圖5：

圖5 電容器接線圖和等值電路圖

圖5中，UK為K次諧波電壓，KZS為系統阻抗，KXl為電容器串聯電抗器K次諧波感抗，為電容器K次諧波容抗。

流過無功補償裝置的K次諧波電流為：

圖6 各次諧波下的電容器支路阻抗值

由圖6可知，串聯6%電抗率的無功補償裝置在4次諧波和5次諧波之間形成一個最低阻抗點。當無功補償裝裝置電容值發生衰減時，諧振點將向5次諧波移動，當系統供電存在5次諧波時，將會有大電流通過電容器，造成熔斷器熔斷。用電能質量分析儀測量，外供電出現間斷性諧波超標的情況，最高時達到35%。啟用發電機時，電容器能正常投用也印證了外供電系統存在較大的5次諧波。

2.4 其它方面的問題

檢查發現，無功補償裝置的高壓熔斷器缺少內消弧管（如圖7），當熔斷器內部熔絲過流熔斷產生電弧時，因缺少消弧管，無法立即將電弧熄滅，熔絲熔斷后，尾部的繃緊彈簧將熔斷器帶著電弧彈開，電弧與進線電纜及柜體側板形成通路而出現三相短路，造成進線停電。

圖7 高壓熔斷器無內消弧管

3 故障處理

針對變電所無功補償裝置存在的問題，開展了一下幾個方面的處理：一是聯系供電局，協調處理諧波較高的問題；二是更換了新的電容器和電抗器；三是更換合格的帶有內消弧管的熔斷器。整改之后無功補償裝置未再發生熔斷器熔斷問題。