110kV變電站開關柜故障原因探微

付樹達

滄州旭陽化工有限公司

【摘 要】本文以某軋鋼廠110kV變電站開關柜故障為例進行分析，查明故障原因，并提出相應的改造方案，為今后110kV變電站的安全運行提供保障。

【關鍵詞】變電站；開關柜；故障；原因；改造方案

一、某變電站情況概述

某110kV變電站位于軋鋼廠南面，是一座升壓變電站，主要為廠區提供上網通道，并為企業提供負荷用電。該變電站共有110kV、35kV、10kV3個電壓等級，2臺主變容量分別為50000kVA，110kV運行間隔2個，35kV間隔2個，10kV運行間隔3個，采用南自PST-1200C、PST-620、PSR600及PSL-641系列保護裝置。故障發生前，該變電站110kV母線分列運行，母聯100開關在分閘位置；35kV母線分列運行，母聯300開關在分閘位置；10kV母線分列運行，母聯900開關在分閘位置。#1主變接線方式為YNyn0d11，110kV側中性點直接接地運行，35kV側中性點不接地。

二、開關柜故障分析

2014年3月4日17時59分0秒，該變電站#1主變低壓側901開關A相發生單相接地故障，故障持續約18.5s后發展為三相短路。當日17時19秒238毫秒，#1主變保護低后備復壓方向I段I、II時限動作，跳開低壓側901開關；2687ms，再次發生AB相間短路，持續70ms后發展為三相短路故障；4716ms，小電源解列裝置動作，跳開35kVI線、35kVII線（無出線）、10kV電站I線、10kV電站II線；5067ms后，#1主變高后備復壓方向I段II時限（I時限整定退出）動作，跳開高壓側101開關，至此故障被切除，其余系統安全運行。

三、開關柜故障原因分析

（一）保護動作分析

從保護錄波圖與現場信息分析可知，故障主要經歷了以下階段。

1.故障初期為A相單相接地故障，A相接地后因絕緣擊穿而發展為三相故障。

2.三相故障后，故障電流最大達到15.6A，#1主變低后備保護復壓方向I段I時限出口跳分段900開關，故障無法切除，低后備保護復壓方向I段II時限出口跳低壓側901開關。

3.901開關跳閘后，故障電流消失，901開關柜發生AB相間短路故障。由于110kV母線電壓降低，小電源解列裝置檢測到110kVI母電壓降低滿足一輪、二輪動作要求，因此解列出口跳35kVI線、10kV電站I線、10kV電站II線，動作與定值單描述相符。此時由于10kV母線仍帶有小電源，存在殘余電壓波動現象，因此#1主變高后備保護復壓方向I段II時限出口跳101開關，中后備保護無故障電流未動作出口。至此故障切除，#1主變中后備保護因無故障電流未啟動，其余保護裝置及小電源解列裝置均動作正確。

（二）故障檢查及試驗檢測

故障后，現場檢查發現10kV開關室現場901開關觸頭A相已燒斷，柜后板已燒穿，B、C相觸頭已燒毀，整個柜子已被燒焦，附近的2面柜也受到不同程度的燒損。設備停電后，對101開關和301開關進行氣體組分含量檢測，發現101開關氣體SO2組分含量為1.4μL/L，低于預試規程注意值（3μL/L），但設備內的SO2氣體是切斷故障電流時產生的，不影響設備投運；101開關和301開關各項常規電氣試驗合格；對#1主變保護裝置進行保護裝置采樣、邏輯功能、二次回路絕緣、開關傳動檢查，試驗合格。但#1主變油試驗存在如下問題。

1.設備自2013年10月進行濾油處理后，每月開展了一次油色譜（DGA）試驗，結果顯示油中總烴含量從23μL/L增長至82μL/L，呈現增長趨勢，絕對產氣速率為11.5ml/d，接近規程注意值（12ml/d），其它組分產氣速率均低于規程注意值。監測數據中，乙烯、乙烷含量變化極大，需開展比對試驗核實。

2.自2013年1月安裝DGA在線檢測裝置后，經監測發現油中總烴含量呈現增長趨勢，最近的總烴監測最高值為65μL/L，其中主要以甲烷、乙烯為主（分別約占總烴的50%、40%），但與設備濾油前相比，兩種組分占比變化不大（濾油前兩種組分的占比均為45%左右）。

四、開關柜檢修及改造措施

1.對901開關柜及其它受損開關柜進行檢修更換，為避免開關柜更換后運行中再次發熱，考慮選擇質量較好的合資斷路器。

2.在2014年3月15日#3機組發電后，必須加強對#2主變902開關柜的測溫和巡視，必要時采取控制902開關柜負荷的措施。

3.對#2主變902開關柜進行改造，選擇質量較好的合資斷路器。

五、改造效果分析

1.10kV母線發熱改造經分析，認為是開關柜主母排設計不合理、原母排載流量偏小、溫升大造成變電站10kV開關柜長期存在不同程度發熱。為此進行了如下改造：一是將10kV開關柜10kV母排，901、902開關柜內母排及其母線橋由2×100（或120）×10規格銅排改為3×100（或120）×10規格銅排，并更換相關絕緣件、緊固件；二是將10kV開關室的#1、#2主變10kV側進線兩側穿墻套管更換為4000A套管，并進行防渦流處理。

（1）改造前后直阻測試情況。改造前，901開關A、B、C相直阻分別為52.59、56.43、54.53μΩ，902開關A、B、C相直阻分別為52.8、53.19、55.47μΩ。

改造后，901開關A、B、C相直阻分別為11.59、12.43、11.91μΩ，902開關A、B、C相直阻分別為12.1、11.68、11.47μΩ。通過對比可知，改造后各相直阻已從50μΩ降到12μΩ，改造效果明顯。

（2）負荷及測溫情況。選取#2主變10kV側902開關柜對改造前后測溫情況進行對比，通過分析可知，改造后超30℃的情況較改造前少，20WM同等負荷情況下的最高溫度也降低，但差距不大，有待進一步觀察；枯水期（11、12月）負荷較小，改造后的測溫效果不明顯，待來年豐水期負荷大時再進行測量比較。

2.主變吊罩大修。

2013年3月#1主變油樣試驗氫氣、總烴含量嚴重超標，此次又受到低壓側短路沖擊，于是懷疑#1主變內部有高溫過熱現象。對該主變進行電氣試驗，介損、絕緣、變比正常，鐵芯無多點接地；但在測試有載開關直流電阻時，發現有載開關9-17檔直流電阻不平衡率超過2%。為明確#1主變存在的缺陷問題，需吊罩進行檢查。

（1）#1主變的色譜數據長期存在氫氣和總烴超標，出現少量乙炔。初步判斷變壓器內部存在局部放電，導致變壓器油高溫過熱。本次主變吊罩發現，鐵芯油道連接片與油箱內頂部的加強鐵距離太近，發生放電，導致鐵芯兩點接地形成環流，放電點處出現燒點黑斑。處理方法：拔出鐵芯油道連接片與螺栓，平移100mm后與油箱頂部加強鐵錯位，保持一定的安全距離。

（2）因110kV變壓器的油箱內部沒有安裝磁屏蔽，使變壓器的高壓側漏磁偏大，導致油箱上下連接片燒壞。處理方法：將油箱上下連接銅片加粗連接，并用螺栓緊固好。

六、結束語

通過對變電站10kV開關柜采取日常溫度監視與負荷控制、開關柜加裝風扇與透氣孔、10kV開關柜改造母線橋、主變大修等措施，使得故障得以解決。這些改造措施可為變電站設計、安裝、日常運維、技改大修等提供分析方法及處理方式，確保開關柜及變壓器等設備的安全運行。

參考文獻：

[1]韋科迪.淺析10kV高壓開關柜故障原因及防范措施[J].機電信息，2012（15）：92-93.