某變電站22022020 kVkVkVV母線PTPTPTT并列柜燒損事件分析

楊　越，潘本仁，萬　勇，桂小智，張　妍

（國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西南昌330096）

0　引言

變電站的二次回路所屬設備繁多、延伸范圍廣，常常由于人為的接線錯誤及不可控的外因，如絕緣老化、施工改造、惡劣天氣等問題會造成二次回路出現多點接地現象，嚴重時還會引起短路等故障的發生，嚴重威脅電力設備及電網的安全穩定運行。

在變電站綜合自動化改造施工中應注意交流電流、電壓回路及直流回路的二次線，特別是在線槽中的二次線，極易被蓋板壓傷或被固定螺絲釘破，同樣二次線在屏內兩側配線布置時，也應注意導線與屏體外殼之間的距離。施工中的二次電纜被電纜蓋板磨破的地方很隱蔽，在雨天時就會造成二次回路一點或多點接地甚至短路，對容易損傷的回路要重點嚴格檢查[1]。本文就是介紹一起因PT本體接線盒和金屬管連接處二次電纜絕緣受損造成對地短路的事故，通過對二次回路出現絕緣而引起故障的分析，提高人們今后對此部分的重視。

1　事情經過

6月23日14時220 kV某變電站PT并列柜右側二次線槽二次線纜著火，導致站內所有220 kV、110 kV及10 kV保護裝置“PT斷線”告警；直流饋線屏測控裝置電源空氣開關跳閘，1號、2號主變測控、6條220 kV線路測控、7條110 kV出線測控、公共測控裝置失電。運檢人員通過更換PT并列柜及二次配線，將整個電壓回路接線恢復正常運行方式，并申請220 kV恢復送電，送電過程中電壓并列柜再次發生二次配線起火燃燒，運行人員立即斷開PT刀閘，將220 kV PT退出運行，導致整個變電站與電壓相關的保護退出運行。

1.1　現場情況及處理

1.1.1第一次現場情況及處理

圖1　二次線槽中段及頂部小母線

16點搶修人員到達現場，檢查發現PT并列柜內右側二次線槽中段及頂部小母線部分二次線燒毀嚴重（見圖1）。隨后立即將PT并列柜內右側端子排外側二次接線全部斷開，檢查發現220 kV I段母線電壓L630回路有60 V左右，向調度控制中心申請220 kV I段母線PT轉為冷備用，L630回路電位消失。

經檢查，發現燒損特別嚴重的為220 kV I段母線電壓N600回路（見圖2）。為了盡快恢復全站母線電壓，拆除配線燒毀嚴重的220 kV PT并列裝置及廠家配線，臨時換上備用的10 kV PT并列裝置。

圖2　220 kV I段母線電壓N600回路

1.1.2第二次現場情況及處理

24日03:20完成PT并列柜內配線及小母線跳接工作，申請先恢復站內110 kV及10 kV母線電壓，檢查其保護及測控裝置“PT斷線”均已返回。04時，申請恢復220 kV電壓（為了避免損壞一次設備，將220 kV兩段母線電壓開口三角L600回路在并列屏斷開，220 kV母線PT端子箱空氣開關已斷開）。

04:10，經許可將220 kV I段母線PT刀閘合上時，PT并列柜內立刻冒出白色濃煙，直流屏發出“控制空氣開關跳閘”語音報警，打開屏柜后門發現右側端子排中段二次配線起火燃燒，并立即斷開刀閘，I段母線PT退出運行后搶修人員再次檢查燒損情況，發現與第一次燒損位置完全一致。

2　現場檢查及試驗分析

2.1　二次電纜檢查分析

三個電壓等級的電壓回路N600分別在PT接口屏接地后，經銅芯線上屏頂小母線，經小母線后的電壓二次回路在主變保護和線路保護屏柜內存在多個接地點。

PT本體端子箱至并列柜的二次電纜絕緣試驗及外觀均正常。從現場電纜燒損情況看，僅兩處電纜存在過熱燒損現象。一是并列柜中電壓二次回路至屏頂小母線的N線燒毀最為嚴重。二是220 kVⅠ母PT本體A相接線盒中的二次線芯燒損，其中保護繞組燒損較嚴重（見圖3）。

圖3　二次線芯燒損圖

2.2　空氣開關檢查及試驗

220 kVⅠ母PT均為三相（每相有3個繞組），分別為測量（1a1n）、保護（2a2n）和開口三角繞組（dadn），測量、保護在PT端子箱處均配置了自動空氣開關。

檢查Ⅰ母PT端子箱的自動空氣開關外觀正常，然后對Ⅰ母保護繞組的自動空氣開關做了短路試驗，短路時空氣開關自動跳閘功能正常，排除空氣開關后保護二次繞組短路的原因。

2.3　PT本體試驗及檢查

對220 kVⅠ母PT三相進行了繞組絕緣電阻、繞組絕緣介損、直流電阻和變比試驗，試驗結果均合格。對I段母線A相PT進行解體檢查，查看了電壓互感器鐵心、支架，未發現異常。重點檢查了互感器二次線圈匝間及層間絕緣，未發現有放電痕跡，檢查了二次線圈接頭部位，未發現有過熱痕跡。

綜合試驗及解體檢查情況，可以排除電壓互感器內部二次線圈短路導致保護屏柜起火燃燒。

3　故障原因分析

3.1　故障錄波電壓波形分析

調取現場故障濾波器的實時數據（見圖4-6）展開具體分析，還原事故發生的始末，初步推斷出引起本次故障的原因。

圖4　220 kVⅠ母相電壓圖

圖5　220 kVⅡ母線電壓

13:52:34，Ⅰ母電壓發生畸變，A相電壓降為47.151 V，但220 kVⅠ母電壓的線電壓幅值相位無變化且波形無畸變，Ⅱ母電壓正常。

圖6　220 kV Ⅰ母A、B、C相電壓，Uab、Ubc、Uca線電壓

14:14:48，Ⅰ母A相電壓降為19 V，相電壓畸變且降低，而線電壓無變化，且開口三角電壓幾乎為0，因第二次燒損開口三角回路已斷開，可以排除開口三角繞組接地的現象。Ⅱ母電壓仍正常。因此初步判斷電網無故障，故障點在PT本體及其二次回路。

3.2　故障現象原理分析

結合上節故障錄波電壓波形分析與原理分析圖（圖7）推測出起始的故障為220 kVⅠ母A相PT的2n繞組線芯在本體接線盒和金屬管連接處絕緣受損造成對地短路，短路電流通過大地、控制室電壓二次回路接地點和保護繞組的N線構成回路，由于N線長度較長，因此在N線上形成較大壓降，與A相電壓畸變降低、三相線電壓無變化無畸變的現象吻合。

圖7　原理分析圖

3.3　Matlab仿真驗證分析

根據一次系統及線路參數，在Matlab平臺上搭建仿真模型，對此次220 kVⅠ母A相PT短路故障進行仿真分析，其仿真模型如圖8所示。

圖8　Matlab仿真模型

仿真結果如下圖9、10所示，故障時，220 kVⅠ母A相電壓下降，B、C相電壓升高；220 kVⅠ母電壓的線電壓幅值相位無變化且波形無畸變。仿真輸出結果與故障錄波數據及原因分析相符。

圖9　Ⅰ母三相相電壓

圖10　Ⅰ母三相線電壓

綜合上述檢查分析，本次故障的主要原因為220 kVⅠ母A相PT的保護繞組（2a）線芯在本體接線盒和金屬管連接處絕緣受損造成對地短路，故障電流經保護小室PT二次回路的接地點、二次回路的N線流回PT本體，造成二次回路燒損，二次回路阻抗越大的位置發熱越嚴重。

4　結束語

綜合上述檢查分析，本次故障的主要原因為220 kVⅠ母A相PT的1n繞組線芯在本體接線盒和金屬管連接處絕緣受損造成對地短路。故障電流經保護小室PT二次回路的接地點、二次回路的N線流回PT本體，造成二次回路燒損。針對此次事件提出以下幾點建議；

1）在新安裝時，必須嚴格按照DL/T 995規程的要求對電壓二次回路進行絕緣試驗，避免二次回路在安裝時絕緣受損，造成運行過程中出現短路故障，影響設備正常運行。

2）按照反措要求，電壓二次回路應一點接地，對于這種情況各部門應重新梳理二次回路的接地情況，二次回路不應存在多點接地，并做好關于二次回路連接及接地點的詳細記錄。

3）發生電壓二次回路燒損后，應對PT本體及二次回路進行全面檢查，重點結合故障錄波和空氣開關狀態展開分析（若PT端子箱空氣開關未跳閘，應重點檢測PT本體及本體接線盒至PT端子箱的線纜；若PT端子箱空氣開關跳閘，應重點檢測PT端子箱至二次裝置的線纜），事故原因未調查清楚之前禁止恢復送電。

4）在繼電保護狀態評價的專業巡視中，要求測量電壓二次回路接地線、電流二次回路N線和接地線的電流，若發現通過的電流較大，應立即對二次回路及接地情況進行全面檢查，可以提前發現二次回路絕緣存在的問題。