“5.27”牌樓變10 kVⅠ段母線系統故障淺析

孫道軍，張恒偉，劉天東，孫 超

（1.國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國網連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

“5.27”牌樓變10 kVⅠ段母線系統故障淺析

孫道軍1，張恒偉2，劉天東1，孫 超1

（1.國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國網連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

通過對2014年5月27日，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線出現多起短路故障伴有遙測電壓異常引起跳閘事件的跟蹤分析，查出遙測電壓異常的直接原因是測控裝置接線錯誤，并深層分析出系統閃絡短路故障的主要原因是該系統設備污穢嚴重，電容電流超過限值及大量諧波分量注入等因素，引起間歇弧光過電壓擊穿了絕緣薄弱設備。針對性地制定事故處理措施后，消除了遙測電壓異常缺陷，降低了單相接地故障引發過電壓造成的短路故障事故幾率，確保了10 kV系統電網安全、經濟、優質運行，為此類故障的分析處理提供借鑒。

電壓；電容電流；諧波；閃絡短路

1 故障經過

2014年5月27日，牌樓地區東南風3～4級，氣溫25～28℃，PM2.5指數237。11時53分，監控員匯報：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線炒鐵線過流保護動作，斷路器跳閘，重合良好，現運行電壓指示異常，電壓指示UA為10.46 kV、UB為5.14 kV、UC為5.87 kV、UAB為10.87 kV，調度員當即通知相關人員對10 kV炒鐵線巡線檢查；11時55分，監控員匯報：66 kV牌樓變10 kV I段母線北海線（用戶專線）過流保護動作，斷路器跳閘，重合不良，電壓指示恢復正常；調度員當即通知相關人員對北海線用戶巡線檢查；12時55分，監控員匯報：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線運行電壓指示異常，電壓指示UA為10.44 kV、UB為5.51 kV、 UC為5.55 kV、UAB為10.89 kV；12時57分，10 kVⅠ段母線宋佳線過流保護動作，斷路器跳閘，重合良好，電壓指示恢復正常，調度員當即通知相關人員對宋佳線用戶巡線檢查；15時35分，監控員匯報：66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線運行電壓指示異常，電壓指示UA為5.76 kV、UB為10.41 kV、UC為5.18 kV、UAB為10.76 kV，同時10 kVⅠ段母線工業線過流保護動作，斷路器跳閘，重合良好，電壓指示恢復正常，調度員當即通知相關人員對10 kV工業線巡線檢查；16時32分，生產調度匯報：10 kV北海線故障處理，內部安全措施全部拆除，試送電無問題，16時34分，調度員令監控員遙控合上10 kV北海線斷路器，16時35分，監控員匯報：10 kV北海線斷路器已合上，同時Ⅰ段母線運行電壓指示異常，電壓指示UA為10.55 kV、UB為5.36 V、UC為5.55 kV、UAB為10.74 kV，調度當即令監控員遙控拉開10 kV北海線斷路器，電壓指示恢復正常，調度員當即通知相關人員對10 kV北海線巡線檢查；由于此日發生幾起故障，電壓指示均類似系統斷線故障征兆，給事故的分析研判帶來疑惑，延長了調控人員分析處理事故的時間。

2 故障時關聯系統運行情況

10 kVⅠ段母線：1號變壓器低壓側、化工線、炒鐵線、金澗一線、宋佳線、北海線、黃卜線、工業線、1號電容器、高純線。

10 kVⅡ段母線：2號變壓器低壓側、滑石線、2號電容器。

10 kV母聯斷路器在分位，10 kVⅠ、Ⅱ段母線分列運行。

10 kVⅠ段母線瞬時運行最大負荷22 MW；10 kVⅡ段母線瞬時運行最大負荷12 MW。

66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線故障關聯線路巡查情況如下。

12時25分，生調匯報炒鐵線故障原因：東亞包裝廠柱上計量電流互感器燒損，引線已脫離系統。

12時30分，生調匯報北海線故障原因：用戶入口電纜引線A、B相有燒傷閃絡跡象，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

13時27分，生調匯報宋佳線故障原因：菱鎂變電站B、C相避雷器閃絡擊穿，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

15時58分，生調匯報工業線故障原因：用戶入口電纜引線B、C相避雷器閃絡擊穿，主受電真空斷路器跳閘，停電處理。

16時38分，生調匯報北海線故障原因：用戶入口電纜引線A相擊穿，已自行拉開主受電真空斷路器，停電處理。

3 運行電壓異常分析與校驗

3.1 10 kV電壓互感器接線方式

66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓互感器為JDZX10－10R型三相五柱式電壓互感器，電壓互感器有3個二次繞組，變比為10／3∶0.1／3∶0.1／3∶（0.1／3）／（0.1／3），其接線方式如圖1～圖2所示。

圖1 電壓互感器接線示意圖

圖2 二次電壓接線圖

其中：計量、測控二次采用星形接線；零序電壓檢測二次采用開口三角形接線；計量繞組二次輸出分別上AJ、BJ、CJ三相計量電壓小母線；測控二次輸出分別上AM、BM、CM三相測控電壓小母線；零序電壓監測二次三角形接線的開口三角接入L、N零序電壓測控母線［1－2］。

3.2 運行電壓分析

系統正常運行時：三相電壓對稱，A、B、C之間相差120°，相量圖如圖3所示。

圖3 A、B、C三相電壓相量圖（正常運行時）

為方便分析，設10 kV母線三相對地電壓分別為

根據電壓互感器變比及極性關系可知（反映到二次測控裝置繞組的電壓值）：

并得到二次開口三角零序電壓檢測裝置測得的電壓值：

由于零序電壓檢測二次繞組為開口三角形接線方式，開口三角輸出電壓為

即L點與N點同電位，因此即使L、N接反，三相電壓檢測結果仍相同。

假設A相接地時，A、B、C三相對地電壓相量方向及角度如圖4所示［3］。

圖4 電壓相量圖（故障分析）

將L誤作為N接入測控裝置，則實際測量電壓為

可知，非故障相電壓上升為線電壓：

根據上式可知，sin（15°）≈0.259，因此，在A相接地時B、C相電壓二次有效值約為52 V，而A相電壓二次有效值為100 V。由電壓互感器變比折算可知，A相電壓顯示10 kV，而B、C相電壓顯示5.2 kV。與A相接地時電壓顯示相符。

由于單相接地信號是根據開口三角輸出電壓超過某一限值觸發的，接線錯誤對此沒有影響，因此單相接地信號顯示正常。

3.3 仿真驗證

為進一步驗證上述理論分析的正確性，利用Matlab7.0建立仿真模型，進行分析驗證。

圖5給出了10 kV系統正常運行（無接地）時的電壓曲線。由圖5可知，在系統正常運行時，正確接線和錯誤接線三相電壓檢測結果基本相同。由圖5（a）可知，開口三角輸出電壓基本為0，即L點與N點基本為等電位，三相對中性點N和對L點電壓基本相同，所以錯誤接線與正確接線電壓檢測結果基本一致。

圖5 系統正常運行時檢測電壓曲線

圖6給出了10 kV系統A相接地時，檢測電壓曲線。由圖6可知，當A相接地時，開口三角輸出電壓幅值約為141 V（有效值100 V）。正確接線情況下，A相電壓為0，B、C相電壓幅值約為141 V（有效值100 V），相位差為60°，在文中變電站錯誤接線的情況下，A相電壓幅值約為141 V（有效值100 V），B、C相電壓幅值約為73 V（有效值52 V），B相超前A相約75°，C相滯后A相75°。上述仿真結果與式（9）的分析結果吻合。

3.4 現場跟蹤驗證

2014年11月3日10時55分，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線系統電壓異常顯示：UA為5.55 kV、UB為10.21 kV、UC為5.22 kV、UAB為10.6 kV，同時刻現場TV二次實測信息如表1所示。

根據折算比對，UAL、UBL、UCL二次實測值與遙測電壓UA、UB、UC折算值基本一致，驗證了N與L端子接反理論分析的正確性。

4 故障分析

圖6 系統A相接地時檢測電壓曲線

理論計算、仿真及現場實測證明66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓異?，F象是電壓互感器開口三角接線錯誤所致，誤將N端子與L端子接反。當線路發生單相接地時，接地相電壓升高至接近線電壓10 kV，而非接地相電壓降低至5.2 kV左右，從而產生電壓指示異?，F象，使得問題分析、查找、解決的難度增加，延長了各級調控及運維檢修人員對類似故障的研判和處理時間。

表1 66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓運行信息

現場巡視發現此次故障中10 kV炒鐵線、北海線的故障跳閘原因均是設備裸露污穢處閃絡擊穿絕緣引起短路跳閘。66 kV牌樓變主要擔負牌樓鎮區工農業及日常生活用電任務，地區多為電熔鎂廠、煉鐵廠及滑石粉加工企業，地區PM2.5指數嚴重超標，全年重度霧霾天數高于120天（遼寧省2014年霧霾累計天數）以上，霧霾物造成電力設備污穢嚴重，在外因作用下，經常引發閃絡接地、跳閘事故，2014年66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線7條配出線路，年平均發生接地、跳閘事故15.14次／條，最多的10 kV炒鐵線年發生接地、跳閘事故25次／條，引發接地、跳閘事故的多數為污穢設備閃絡絕緣擊穿短路造成。

此次故障中10 kV炒鐵線、北海線、宋佳線、工業線故障跳閘前后時段，均伴有單相接地現象，由于系統無錄波設備，無法獲取10 kV宋佳線、工業線避雷器過壓擊穿的瞬間信息。66 kV牌樓變10 kV系統中性點是不接地的小電流接地系統，近年10 kV系統電纜線路的大量應用，造成系統電容電流逐漸增大（系統電容電流接近14.08 A，見表2），超過系統電容電流安全運行10 A限值。當小電流接地系統發生接地故障時，接地電弧難以自行熄滅，產生間歇性和穩定性電弧，引起弧光過電壓，在調規允許運行的2 h內，擊穿系統絕緣薄弱設備，發展為相間短路故障，造成相應故障線路跳閘，引起線路停電和設備損壞事故。

表2 66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線線路參數運行信息km

此次故障中66 kV牌樓變10 kV系統受地區工業的發展特點和政策影響，地區電網的平、谷時段差逐漸增大，越來越多的10 kV沖擊性及非線性負荷接入電網，造成大量諧波分量注入10 kV系統。這將對10 kV電網的電壓質量產生干擾及影響，在系統閃絡接地時，更易發生諧波畸變，產生諧振過電壓事故，造成絕緣薄弱的設備絕緣擊穿與接地相發生短路，造成相應故障線路跳閘［4］。

5 措施與建議

11月4日運維檢修人員對66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線電壓互感器開口三角接線的正確性進行排查，確認了誤將電壓互感器開口三角測控的N端子與L端子接反的事實，當即進行校正并遙測、遙信校驗檢查無誤。2015年2月16日66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線B相接地故障指示正確。

11月17日借助網改工程對66 kV牌樓變10 kVⅠ、Ⅱ段母線運行方式進行調整優化，將10 kVⅠ段母線的炒鐵線（事故率高）改10 kVⅡ段母線（新擴建）運行，這樣10 kVⅠ段母線系統的電容電流將減少3.42 A（14.08－3.83＝10.25 A，接近系統運行安全電容電流10 A），同時也減少該線路的諧波分量對10 kVⅠ段母線系統的注入。

隨著電纜線路應用的逐漸增多，建議跟蹤66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線系統電容電流進行實測，根據實測參數，盡快加裝10 kVⅠ段母線系統消弧線圈，以補償接地時的電容電流。

建議對66 kV牌樓變轄區10 kV用戶的諧波參數進行不定期檢測，針對性地制定整改措施，同時加強對10 kV用戶入網的管理，嚴格控制諧波參數入網指標，減少諧波帶來的隱患故障發生。

建議不定期督促相關單位對污穢嚴重的10 kV用戶進行絕緣清掃，以減少閃絡接地等故障發生。出版社，1998.

［1］ 胡金磊，馬 玲.基于多運行方式的電力系統故障計算［J］.東北電力技術，2009，30（7）：37－41.

［2］ 包 蕊.TV二次誤并列問題分析［J］.東北電力技術，2013，34（8）：19－22.

［3］ 金 英.城市電網35 kV系統單相接地故障分析［J］.東北電力技術，2013，34（2）：32－36.

［4］ 王世禎.電網調度運行技術［M］.沈陽：東北大學出版社，1997.

作者簡介：

孫道軍（1968—），男，高級技師，主要從事配電網運行研究工作。

（收稿日期 2015－06－28）

Analysis on Bus I Fault of 10 kV in the 66 kV Pailou Fubstation

SUN Dao?jun1，ZHANG Heng?wei2，LIU Tian?dong1，SUN Chao1
（1.State Grid Anshan Power Electric Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China；2.State Grid Lianyungang Power Electric Supply Company，Lianyungang，Jiangsu 222000，China）

Several triping fault caused by short circuit faults associating abnormal voltage changes of 10kV bus I occurred in the 66 kV Pailou substation in May 27，2014.According to the phenomenon，this paper analyses the direct cause which is the incorrect wiring of measurement and control devices，and with further analysis，the main reasons of the short circuit fault flashover is the intermittent o?ver?voltage on weak insulation equipment caused by serious pollutions，capacitive current and large amount of harmonics.Some meas?ures aiming at solving this kind of accidents are proposed，and the abnormal voltage defects eliminated，the probability of overvoltage by single phase to ground fault reduced.This paper provides references for similar failure analysis and improves the security，economic and high?quality operation of the 10 kV power grid.

Voltage；Capacitive current；Harmonic wave；Flashover short circuit

TM773

A

1004－7913（2015）10－0029－05

郭 鐵（1987—），男，碩士，助理工程師，從事變壓器高壓試驗與絕緣研究。

2015－06－21）

6 結束語

通過2014年5月27日，66 kV牌樓變10 kVⅠ段母線多起遙測電壓異常引起閃絡短路故障的跟蹤分析，查出測控裝置接線錯誤是造成遙測電壓異常的直接原因。同時，通過對事件的深入分析，得出系統設備污穢嚴重，電容電流超過安全限值及大量諧波分量注入是引發間歇弧光過電壓，擊穿系統絕緣薄弱設備，造成系統短路故障跳閘的要因。針對性地實施了相關事故處理措施后，消除了遙測電壓異常缺陷，降低了單相接地故障引發過電壓造成的短路故障事故幾率，確保了10 kV系統電網安全、經濟、優質運行。