高壓供配電系統PT故障的探析及反思

何菊連

（寧夏廣播電視臺，銀川 750004）

2016年我臺進行改擴建工程，在機房、綜合樓等基礎設施重建的同時，按照國家新聞出版廣電總局62號令的實施細則規定，更新改造了高低壓供配電系統、信號分配調度系統、發射及天饋線系統等。

1 系統介紹

新設計的高低壓供配電系統，高壓和低壓均采用母聯備投模式，即兩路電源正常時各自獨立工作，單母線分段運行；單路停電時母聯自投不自復，人工復位。為避免高低壓供配電系統在單路供電時同時動作，設備正常運行后我們將高壓系統的“母聯備投”設置為“自動”，低壓系統的“母聯備投” 設置為“手動”，只有在單臺變壓器帶動全臺負荷的特殊情況下操作低壓母聯。如圖1所示，高壓柜的柜體為KYN28A-12型鎧裝移開式戶內開關柜，其中AH1、AH12為隔離、PT（電壓互感器）柜，AH2、AH11為工作電源進線柜，AH3、AH10為專用計量柜，AH4、AH5、AH9、AH8為變壓器出線柜，AH6 聯絡柜，AH7為提升柜。

圖1 高壓供配電一次系統圖

2 故障現象

2016年11月初，各項功能測試及保護測試順利完成后新系統運行一切正常。但2017年6月后每次I 段、II段“母聯備投”時斷電側PT的6.3A 3P空開均跳閘，“母聯備投”后必須重合空開。后將6.3A 3P 空開更換為63A 3P空開，表面上看似解決了空開跳閘問題，實則為后續運行埋下隱患。

2018年6月上旬，I I段母線10kV外線的B相在中午出現閃斷（類似弧光接地），開始不頻繁，偶爾一兩次，這種現象雖然被馬上發現但未引起足夠重視，在粗略檢查臺內設備和臺外17千米架空電纜、4.2千米地埋電纜，沒發現可疑故障點后，隨即決定先臺內、后臺外逐塊詳細排查。6月下旬利用周二下午停播期間，檢查II段母線10kV外線的入戶跌落保險，16時32分II段母線的AH12隔離、PT柜冒煙（錄像拍下時間，當時檢修員都在戶外），濃煙隨即被排風扇排走，16時50分值班員巡機，聞到異味后立即通知戶外檢修員，共同查找異味點，但因播出在即，沒徹底斷電并檢查高壓柜內各艙室。18時40分I段母線的AH1隔離、PT柜冒煙，隨即高壓柜面板指示燈全部熄滅，手動操作全部失靈。高壓供配電一次系統運行正常，沒有受二次系統故障波及。

事故發生后，檢修員一是立即切斷直流屏給高壓配電柜的所有供電（合閘母線、控制母線電源已跳閘，只切斷柜內照明、加熱電源）；二是手搖AH6 聯絡柜上用于“母聯”的高壓真空斷路器手車到實驗位置，二次系統故障已造成一次系統失去保護，防止誤操作導致兩路外電“意外相撞”；三是先后手搖出AH1、AH12隔離、PT柜內的PT手車到實驗位置，防止事故進一步擴大。

后查明，II段母線內AH12隔離、PT柜的B相PT 損壞，I I段二次系統的合閘母線、控制母線與三臺PT的五根輸出線粘連（A、B、C、N，L）；I段母線AH1隔離、PT柜內的A、B、C三相PT全部損壞，I段二次系統的合閘母線、控制母線及各類保護線等幾十根線纜與三臺PT的五根輸出線（A、B、C、N，L）全部燒到了一起，無一根好線，PT柜的航空插頭及保護軟管受損嚴重。

在多次檢查，確認高壓供配電二次系統故障不會影響一次系統的正常運行后，決定對II段母線10kV外線全線停電檢修，將懷疑有問題的設備全部更換。線路更換避雷器4組、高壓隔離開關1組，地埋和電纜溝內的高壓電纜全部打壓，逐桿緊固螺桿螺母，檢修扎線、拉線、磁瓶、接地線、引流線及防雨線夾等。檢修完成后重新合閘，發現午間閃斷的現象依然存在，并且隨著溫度升高頻次增加。此時II段母線10kV外線惟一沒動的就是2號桿的10kV戶外真空分界開關，之前檢查該開關遠程遙控斷合操作正常，控制器無故障信息和報警記錄，外觀無異狀。在對真空開關完成引流短接后，閃斷消失，至此困擾我臺兩個月的午間外電閃斷故障最終得以排除。外線檢修期間II段母線低壓側的電壓也曾數次莫名升高，幾臺比較靈敏的穩壓器電壓由390V/390V/390V變為470V/420V/470V，瞬間恢復正常。

3 故障探析

高壓供配電二次系統故障，主要有三個問題需要說明：一是II段母線外線午間閃斷的原因；二是II 段母線AH12隔離、PT柜及二次系統故障的原因；三是I段母線AH1隔離、PT柜及二次系統故障的原因。上述三個問題相輔相成且相互關聯，只有逐次分析才能在較深層面了解故障產生的原因及過程。

（1）II段母線外線午間閃斷的原因。經設備生產商檢查，10kV戶外真空分界開關的控制器（控制電路）正常，沒有因控制器誤發操作指令而導致真空開關頻繁動作的可能，即使有發操作指令，也是三相同時動作，B相不可能單獨動作；初步判斷午間瞬間閃斷的主要原因是戶外真空分界開關真空艙的B相打火所致，是什么原因導致氣溫升高后間歇打火（弧光接地），需要返廠檢修并查明原因。該廠設備此前從未發生類似故障，這也是之前幾次檢查一直沒有懷疑10kV戶外真空分界開關產生故障的原因。至于低壓側電壓的瞬間升高，是由于B相打火（弧光接地）導致非故障的A、C相對地電壓瞬間升高到線電壓（UL），但系統的線電壓保持不變。

（2）II段母線AH12隔離、PT柜及二次系統故障的原因。中性點不直接接地的系統中，在單相接地（打火、弧光接地）等故障的激發下，系統可能出現諧振，既而導致PT鐵芯出現過飽和，PT的輸出電壓或其中通過的電流突然異常上升，使設備絕緣擊穿甚至爆炸等。本次事故中，II段母線10kV外線B相打火（弧光接地），導致A、C相電壓瞬間跳變，AH12 隔離、PT柜輸入電壓隨外線電壓同時發生跳變，過電壓造成PT鐵芯飽和，線圈電感下降，形成鐵磁諧振，諧振過電壓以及諧振回路大電流導致PT時常處于過熱狀態。尤其是周二下午檢查II段母線10kV外線入戶跌落保險時，短時間的頻繁斷合再次導致鐵磁諧振，最終使B相PT過熱損壞。由于之前將PT輸出6.3A 3P空開更換為63A 3P空開，導致鐵磁諧振期間B相PT輸出在“大電壓、過電流”情況下沒有斷開，五根發熱的PT輸出線熔化自身外皮的同時也將與之孔扎在一起的合閘及控制母線的外皮熔化，形成九線（+HM、-HM、+KM、-KM）的外絕緣片粘連。由于I I段二次系統合閘母線、控制母線外絕緣片的損壞，形成一定阻抗的對地連接，為I段母線AH1隔離、PT柜及二次系統故障埋下隱患。

（3）I段母線AH1隔離、PT柜及二次系統故障的原因。在當日16時32分至18時40分的時間段內，高壓供配電二次系統I段、II段的合閘母線、控制母線形成一定阻抗的對地連接，線纜始終處于發熱狀態。在I段發熱造成與之孔扎在一起的PT輸出線外絕緣皮熔化，因為與II段相同的原因，PT輸出短路后輸出空開并沒有斷開，導致事故進一步擴大，最終AH1隔離、PT柜內三臺PT全部損壞，二次系統合閘母線、控制母線及各類保護線等幾十根線纜全部燒到了一起，PT柜的航空插頭及保護軟管受損嚴重。直流屏的合閘母線、控制母線空開也在PT輸出短路時跳閘，造成高壓柜面板指示燈全部熄滅，手動操作全部失靈。

4 故障檢修

因為要正常播出，高壓供配電二次系統故障恢復及PT更換采用I段、II段分段進行的方針，兩段完成后再在周二下午停機檢修時段將兩段10kV外線同時停電后集中進行測試。

I I段AH12柜損傷較小。一是全部更換了PT手車上的三臺PT（兩臺沒有損壞的PT留作備份）；二是更換了PT柜航空插頭到儀器艙的四根合閘母線（+HM、-HM）、控制母線（+KM、-KM）及五根PT 輸出線。I段AH1柜損傷較大。一是全部更換了PT 手車上的三臺PT；二是更換了PT手車的公、母航空插頭及保護軟管；三是更換了AHI柜儀器艙、電纜艙、PT手車、隔離手車間的全部線纜。此外，AH1、AH12柜的PT輸出空開由63A 3P空恢復成出廠的6.3A 3P空開；同時更換AH6柜四根粘連在一起的合閘母線和控制母線。

周二停播時段，完成兩路停電后首先恢復直流屏的供電，高壓柜面板上的指示燈點亮，對所有手車位置逐次進行測試，狀態顯示正常，將AH2、AH11柜的高壓真空斷路器手車搖至工作位置后，操作高壓柜上分合閘開關進行合閘動作，無法合閘（失電跳閘）；其次檢查各項安全措施，同時確保AH6柜的高壓真空斷路器手車處于試驗位置后，恢復I段母線的10kV供電，此時AH1柜電壓儀表指示正常，跳線排上各點電壓正常，再次對AH2柜的高壓真空斷路器進行合閘動作，合閘成功；第三檢查各項安全措施，同時確保AH6柜的高壓真空斷路器手車處于試驗位置后，恢復II段母線的10kV供電，此時AH12柜電壓儀表指示正常，跳線排上各點電壓正常，再次對AH11柜的高壓真空斷路器進行合閘動作，合閘成功；第四將AH2、AH11柜內的高壓真空斷路器斷開，將手車搖到試驗位置后，分別對AH2、AH6、AH11的高壓真空斷路器進行合閘測試，三臺高壓真空斷路器同時只有兩臺合閘成功。

至此高壓供配電二次系統及PT故障恢復正常，檢修工作完成。

5 故障反思

這次故障的發生，確實發人深思。

一是對高壓供配電的一次、二次系統了解不多，理論掌握不夠，設備僅僅停留在操作階段。事故后我們加強原理培訓，強化應急操作流程，確保值檢人員在設備故障時處置得當。此外凡是遇到外線頻繁閃斷、高壓側熔斷器連續熔斷二次、PT引線端子松動過熱、柜內出現放電異音或噪聲、發出臭味或冒煙、溢油等情況后立即將PT手車退出運行狀態。

二是不可隨意變更二次系統空開的出廠標定值，如將PT輸出的6.3A 3P空開更換為63A 3P空開，導致故障發生后空開失去作用并使故障范圍進一步擴大，在這次故障檢修中，為保證高壓供配電系統I段、II段在“母聯備投”時斷電側PT的空開不跳閘，經多次測試，將空開由6.3A 3P更換為10A 3P，既確保系統的正常運行又同時發揮空開的保護功能。

三是通過此次事故，我們也考慮到電網諧波、電網單相間歇性弧光接地時產生的弧光接地過電壓及由此激發的鐵磁諧振過電壓對系統的影響，決定在AH1、AH12兩側各增加一臺消弧消諧柜，目的是限制電網中的各類過電壓，有效地提高了系統運行安全性及供電可靠性。如圖2所示，消弧消諧柜由智能開關消諧一體機（PTK）、電壓傳感器（CGQ）、高壓隔離開關（GN）、高壓熔斷器（RD）、電壓互感器（YH）及消弧吸收器（YCB）構成。

圖2 高壓消弧消諧柜電氣原理圖

裝置的基本功能：能將系統的大氣過電壓和操作過電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網及電氣設備的絕緣安全；可在兩個波周內快速消除間歇性弧光及穩定性弧光接地故障，抑制弧光接地過電壓，防止事故進一步擴大，降低線路的事故跳閘率；可快速、有效地消除系統的諧振過電壓，防止長時間諧振過電壓對系統絕緣破壞，防止諧振過電壓對電網中裝設的避雷器及小感性負載（如PT）的損傷；可允許200A的電容電流連續通過至少2小時以上，用戶可以在完成轉移負荷的倒閘操作之后再處理故障線路。