基于PSCAD的10 kV母線電壓異常故障分析

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

0 引 言

10 kV母線電壓異常偏高或偏低是電力系統(tǒng)中較常見的故障之一，通常是由于系統(tǒng)有相間或相對(duì)地短路故障引起[1-2]，而因變壓器高側(cè)設(shè)備故障引起10 kV側(cè)電壓波動(dòng)的情況一般不多。

下面分析所涉及到的接插式開關(guān)電器(plug and switch system，PASS)是一種介于敞開式設(shè)備與氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear,GIS)之間的新型戶外封閉式組合電器。因其占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛[3-6]。但由于PASS設(shè)備部件大多為內(nèi)置式，其在發(fā)生故障前的某些潛移特征或表現(xiàn)很難被發(fā)現(xiàn)，因此當(dāng)其內(nèi)部有某些隱患或缺陷時(shí)，其較敞開式設(shè)備往往更容易造成故障擴(kuò)大化[7]。

1 缺陷情況

某檢修人員在某110 kV變電站進(jìn)行3號(hào)主變壓器高壓側(cè)、中性點(diǎn)套管加裝防雨罩以及3號(hào)主變壓器高壓側(cè)、中性點(diǎn)避雷器高壓端子接線板更換工作，完成后經(jīng)運(yùn)行人員驗(yàn)收合格，將3號(hào)主變壓器及低壓側(cè)3M母線送電，送電后無異常情況。當(dāng)日，運(yùn)行人員在集控中心監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站10 kV 3M母線電壓波動(dòng)，其中A、B相電壓顯著降低(3 kV左右)，主變壓器高壓側(cè)線路電壓正常，并隨后出現(xiàn)“10 kV 3M母線接地”故障信號(hào)，但轉(zhuǎn)由2號(hào)主變壓器帶10 kV 3M母線負(fù)荷正常，且對(duì)主變壓器進(jìn)行檢測(cè)也無異常。

2 仿真分析

為查找缺陷原因，利用PSCAD做一個(gè)仿真計(jì)算，按以下思路確定仿真初始條件：

1)因2號(hào)主變壓器帶10 kV 3M母線負(fù)荷正常，且對(duì)主變壓器進(jìn)行檢測(cè)也無異常，可排除3號(hào)主變壓器本體及低壓側(cè)設(shè)備故障；因高壓側(cè)線路電壓正常，可排除高壓側(cè)接地故障。

2)根據(jù)以上情況可初步判斷3號(hào)主變壓器高壓側(cè)發(fā)生近似開路故障。為確定故障位置，按表1中初始條件建立不同仿真模型進(jìn)行計(jì)算。

表1 仿真初始條件

注：分別用A、B、C三相近似開路進(jìn)行仿真，其中接觸電阻分別選取千歐級(jí)(5 kΩ)、兆歐級(jí)(0.5 MΩ)及完全開路3個(gè)電阻值。

經(jīng)過仿真計(jì)算與實(shí)際對(duì)比，最終確定了與實(shí)際情況最符合的仿真模型，即初始條件為B相接觸電阻0.5 MΩ，如圖1所示。

圖1 仿真模型

其仿真結(jié)果如圖2、圖3及表2所示，可以看出110 kV主變壓器高壓側(cè)A、C相電壓正常，B相電壓下降明顯；而其低壓10 kV側(cè)A、B相電壓顯著降低，C相電壓正常。

圖2 主變壓器高壓側(cè)電壓波形

從以上仿真分析可知，當(dāng)3號(hào)主變壓器高壓側(cè)B相對(duì)系統(tǒng)接觸電阻增大至兆歐級(jí)時(shí)，其低壓側(cè)A、B相電壓下降十分明顯，與實(shí)際現(xiàn)象較符合，通過仿真分析為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障快速定位提供了技術(shù)支持。

圖3 主變壓器低壓側(cè)電壓波形

表2 仿真變壓器高、低壓側(cè)電壓峰值及有效值

3 故障檢查與處理

對(duì)3號(hào)主變壓器高壓側(cè)進(jìn)行檢查，測(cè)得3號(hào)主變壓器絕緣電阻、直流電阻、介質(zhì)損耗、繞組變形、變比等各項(xiàng)參數(shù)均正常。繼續(xù)檢查103 PASS設(shè)備，如圖4、圖5所示，發(fā)現(xiàn)當(dāng)1034隔離開關(guān)在分閘位置，機(jī)構(gòu)輸出主拐臂中的對(duì)位孔與固定設(shè)置對(duì)位校正板的分閘對(duì)位孔沒有對(duì)正，定位銷不能插入，由此初步判斷該1034隔離開關(guān)的電動(dòng)機(jī)構(gòu)分閘輸出行程不足。當(dāng)1034隔離開關(guān)在合閘位置，合閘對(duì)位孔與主軸上的對(duì)位孔未能對(duì)齊，初步分析該1034隔離開關(guān)的電動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘輸出行程不足，如圖6所示。

圖4 103 PASS設(shè)備

針對(duì)上述問題，對(duì)103 PASS設(shè)備進(jìn)行全面解體檢查，其中重點(diǎn)對(duì)1034隔離開關(guān)及其操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，關(guān)鍵是檢查機(jī)構(gòu)動(dòng)作及其輸出行程，機(jī)構(gòu)輸出連接、隔離開關(guān)連桿及軸銷連接、本體調(diào)節(jié)盤及其軸封、本體傳動(dòng)主軸及其連接、本體動(dòng)靜觸頭及其裝配等位置，排查隔離開關(guān)合閘導(dǎo)致不到位的卡阻、摩擦、行程消耗的根本原因。

圖5 1034隔離開關(guān)合閘對(duì)位情況

圖6 1034隔離開關(guān)分閘對(duì)位情況

1034隔離開關(guān)B相重軸連接部位如圖7所示。

圖7 1034隔離開關(guān)B相主軸連接部位

圖7顯示B相觸頭與旋轉(zhuǎn)絕緣子有較大縫隙，B相觸頭桿端部擺動(dòng)幅度檢測(cè)約為±2 mm。解體過程發(fā)現(xiàn)其固定銷緊固不足，觸頭經(jīng)手搖，有明顯竄動(dòng)現(xiàn)象。

1034隔度開關(guān)動(dòng)觸頭繞損情況如圖8所示。從圖中可以看出，三相動(dòng)觸頭均有放電痕跡； B相動(dòng)觸頭桿顏色較深，動(dòng)觸頭靠合閘方向一端兩側(cè)的接觸面燒蝕嚴(yán)重，燒傷面及深度均達(dá)1/3。

1034隔離開關(guān)靜觸頭燒損情況如圖9所示：三相靜觸頭座及其內(nèi)嵌表帶均有燒傷，其中A、C相靜觸頭表帶顏色較深顯示過熱痕跡，B相靜觸頭燒蝕嚴(yán)重，往合閘方向一側(cè)表帶及觸頭座工裝角燒蝕量達(dá)1/3，為接觸不良導(dǎo)致的導(dǎo)電部位燒蝕。

圖8 1034隔離開關(guān)動(dòng)觸頭燒損情況

圖9 1034隔離開關(guān)靜觸頭燒損情況

通過上述解體結(jié)果可知，1034隔離開關(guān)B相內(nèi)部動(dòng)觸頭桿裝配固定銷不緊固，觸頭桿竄動(dòng)導(dǎo)致合閘時(shí)受力卡阻，造成隔離開關(guān)三相動(dòng)靜觸頭均存在不同程度接觸不良現(xiàn)象，其中又以B相為最嚴(yán)重，在長(zhǎng)期接觸不良發(fā)熱的影響下引起燒熔觸頭，從而使B相動(dòng)靜觸頭之間產(chǎn)生兆歐級(jí)電阻的開路情況，并最終導(dǎo)致該變電站10 kV 3M母線電壓A、B相電壓降低，并出現(xiàn)“10 kV 3M母線接地”故障。

確認(rèn)故障原因后，運(yùn)維人員對(duì)燒損部件進(jìn)行更換，并調(diào)整隔離開關(guān)后重新進(jìn)行分合閘測(cè)試行程及到位情況，確保滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 語

前面針對(duì)一起因變壓器高壓110 kV側(cè)PASS設(shè)備故障導(dǎo)致變壓器低壓10 kV側(cè)母線電壓異常的案例進(jìn)行仿真分析，為快速查找故障提供技術(shù)支持。

結(jié)合仿真分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，快速確認(rèn)故障部位為1034隔離開關(guān)B相觸頭，并進(jìn)一步確定故障發(fā)生的根本原因是PASS設(shè)備裝配隔離開關(guān)主軸固定銷緊固不足所致。針對(duì)故障原因，提出相應(yīng)的處理方案，為其他同類型設(shè)備類似故障提供經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。