一起非典型的10 kV母線單相接地故障分析

余衛成，徐劍峰

（桐廬縣供電局，浙江 桐廬 311500）

10～35 kV不接地系統或經消弧線圈接地的配電網中，單相接地故障是發生頻次最高的故障。通常，10 kV單相接地故障通過試拉線路判斷具體故障線路，或帶電巡視查找故障點，在確定無線路接地情況后，可確認是母線接地。

下面介紹一起發生在桐廬供電局35 kV合村變的10 kV母線非典型單相接地故障的查找、處理及分析情況，供檢修人員及相關廠家參考。

1 故障情況

1.1 故障現象

某日，調度遙控拉開35 kV合村變10 kV怡合199線，調度人員隨即發現合村變10 kVⅡ段母線A相電壓降低為1.337 kV，B相電壓升高為9.755 kV，C相電壓升高為9.753 kV，3U0為48.8 V；同時發現監控系統報“10 kVⅡ段母線接地”。運行人員現場測量了10 kVⅡ段母線壓變二次電壓，其值與后臺機顯示相符。

合村變10 kV系統接線見圖1。故障前系統運行狀態：2號主變帶10 kVⅡ段母線，10 kV母分熱備用，怡合199線運行，2號電容器熱備用，備用197與198線冷備用。

圖1 合村變10 kV系統

此時，母線上僅有的運行線路已拉開，據此基本可以判斷為母線A相接地。

1.2 故障點查找

經檢修人員現場檢查10 kVⅡ段母線及與其連接的所有設備，外觀均未發現明顯異常。10 kVⅡ段母線、母線壓變、避雷器、所用變、2號主變10 kV開關、流變、母線橋、穿墻套管等設備的絕緣試驗合格。

但對2號電容器間隔的設備進行試驗時，發現2號電容器開關A相斷口的絕緣電阻為零，開關分閘狀態下A相斷口無法承受耐壓，動靜觸頭完全導通。而電容器組、電抗器、放電壓變、阻尼器、電纜、避雷器試驗正常。

更換2號電容器開關后，2號電容器處于熱備用狀態時，10 kVⅡ段母線電壓已恢復正常。

1.3 故障原因

故障開關型號為ZN63A-12（VS1），2008年1月出廠，故障發生時開關已動作723次。經解體檢查，發現A相滅弧室絕緣拉桿與輸出拐臂的連接螺帽已松動（如圖2所示），該螺帽松動后導致開關雖在斷開位置，但A相動靜觸頭并未分離。觀察發現，螺帽松動距離已經超過10 mm，而此型開關的開距為9±1 mm。

圖2 2號電容器斷路器底面

2 故障原因分析

2.1 拉開怡合199線之前

從變電站監控系統的SOE（狀態序列記錄）中可以查到，在拉開怡合199線的幾十個小時前，2號電容器開關就已經處于分閘位置。從電容器斷開到怡合199線被拉開前一刻，系統一直未報Ⅱ段母線接地，但頻繁報“零序電壓越上限”，統計得出，從9時到13時總共報41次之多，但這期間變電站內無任何操作；而且越臨近怡合199線拉開的一刻，報警的頻次越高。如此頻繁的報警，說明電容器開關A相動靜觸頭間的開距慢慢縮小，且已經接近擊穿的臨界狀態。

如果電容器開關剛分閘時其A相的動靜觸頭沒有分開，經過數據分析，監控系統應報母線接地，而事實上卻未報。分析如下：

A相動靜觸頭未分開的等效接線見圖3。

圖3 開關A相觸頭未分開的等效電路

圖3中的各支路可以作如下簡化：電纜及母線對地的等效電容CD極小，可忽略CD對地支路；球隙QR等效電容極小，可忽略QR與R對地支路；開關觸頭間的斷口等效電容CQF電容值極小，回路相當于開斷。可推測，在QR與R對地支路擊穿前，球隙兩端的電壓約為相電壓UA。球隙在此電壓下必定擊穿，監控系統應報母線接地。因此，可以確定的是，電容器開關的A相在最近一次分閘時，動、靜觸頭確已分開，且有足夠的開距。

2.2 拉開怡合199線之后

在怡合199線開關分斷后經過5.4 s，監控系統報Ⅱ段母線接地。有母線接地故障時，監控系統經一定延時報母線接地信號。由此可以推斷，拉開怡合199線后電容器開關A相的動靜觸頭才相互接觸，從而處于導通狀態。

由于所采用的保護測控裝置無錄波功能，且當開關處于分閘位置時，該裝置并不采遙測量，所以不能從電容器開關的歷史曲線中查到A相的電流值。只能通過分析推理得出以下結論：

（1）電容器開關動作頻繁，而且受合閘彈跳與分閘彈振的影響，A相滅弧室絕緣拉桿與輸出拐臂的連接螺帽松動，或原本就沒有擰緊。多次的分合動作導致螺帽松動程度越來越大。雖然每次分閘時，A相動靜觸頭能夠分開，但它們之間的開距卻越來越小，使三相電壓不平衡加劇，監控系統開始報零序電壓越限。

（2）雖然螺帽已經松動且不足以拉夠開距，卻依然能夠靠拐臂與螺桿的摩擦力來分斷。但分斷的開距已經縮小了L1，如圖4所示。L1較大時，就有可能導致三相不平衡電壓較大，以致報零序電壓越限。經查，受力點處的螺紋有來回摩擦、受力的痕跡，見圖5。

圖4 分閘狀態時螺帽松動示意

圖5 拆下的絕緣拉桿

（3）真空開關的觸頭有自閉力，這是開關合閘原動力的一部分。怡合199線開關柜與2號電容器開關柜的直線距離僅為3.2 m。怡合199線開關分閘時的振動，導致拐臂在受力點處一時之間不再對螺桿有摩擦力，或摩擦力減小到不足以抵消自閉力時，即使沒有合閘彈簧的作用，絕緣拉桿還是會向合的方向運動。動靜觸頭之間的距離越近，觸頭的自閉力也會越大。

（4）零序電壓頻繁越限說明，動靜觸頭距離已經較近，引起間歇性擊穿。擊穿電流的存在致使三相電壓不平衡，達到一定程度引起監控系統報3U0越限。

隨著這個螺帽松動的加劇，接地故障遲早會發生。比如在電容器開關剛分閘時，動靜觸頭就未分開，此時就發生接地故障。

3 結語

這起接地故障的主要原因是拐臂與絕緣拉桿之間固定的螺帽松動，由此引起的故障卻關聯到多個部門。

（1）螺帽在開關機構內部，檢修人員日常檢修時要發現有一定的難度。由于電壓合格率考核嚴格，電容器開關動作頻繁，建議在一定開關動作次數后進行全面檢修、試驗。

（2）監控系統在短時間內頻繁報零序電壓越限時，調度、運行人員，就應該視為異常情況，加以重視并及時通知檢修人員，根據情況加以分析、判斷。

（3）為防止同類故障再次發生，建議設備廠家對類似螺帽采取防止松動措施。可以考慮雙螺帽或卡簧固定或改進拐臂與絕緣拉桿之間的固定方式改進。

此次接地故障發生在負荷很小的母線上，唯一的1條運行線路也已經斷開。如果多條線路運行，母線停役將喪失不少負荷，且影響用電可靠率等指標的考核。運行、調度人員應對零序電壓頻繁越限引起足夠重視，生技、檢修人員應結合負荷、運行方式、設備運行情況進行綜合分析，及時有效地采取措施，以防止由設備異常擴大為故障。

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