35 kV 單相接地故障引起110 kV 主變停電事故分析

王 敏，何敬國，隋術山，邢 忠

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

2019 年3 月8 日，萊鋼110 kV 變電站35 kV 系統發生單相接地故障，在負荷轉移、故障查找過程中，發生1 臺主變差動保護動作跳閘、1 臺主變低后備保護動作跳閘、1 條出線過流I段動作跳閘，引起寬厚板事業部、板帶廠、型鋼廠等生產線停電停產。

1 110 kV 變電站事故過程

110 kV 變電站有110 kV、35 kV 兩個電壓等級，110 kV、35 kV 系統均為雙母線雙分段接線，4 臺主變采用三用一備方式。即：110 kV1#進線帶110 kV II 段、1#主變及35 kV I 段母線及各出線；110 kV2#進線帶110 kV I 段、2#主變及35 kV II 段母線及各出線；110 kV3#進線帶110 kV IV 段、4#主變及35 kV III 段母線及各出線。35 kV 軋鋼Ⅰ線運行在35 kVⅡ段母線。

3 月8 日5:14，110 kV 變電站2#主變低后備保護裝置報警，信息為“零序過電壓報警”，35 kVⅡ段母線出現電壓異常。值班人員檢查站內小電流接地選線裝置，發現裝置選擇線路為軋鋼Ⅰ線。值班人員判斷為35 kV 軋鋼Ⅰ線發生B 相接地故障，立即匯報調度。110 kV 變電站、軋鋼變電站值班人員對所轄站內高壓設備進行檢查，均未發現明顯異常運行狀況。隨后110 kV 變電站根據調度指令，將軋鋼Ⅰ線負荷調軋鋼Ⅱ線供電，在合環過程中，1#主變低壓側開關跳閘，4#主變高壓側、低壓側開關跳閘，軋鋼I 線開關跳閘，造成4#主變和35 kVⅠ、Ⅲ段母線失電，軋鋼I 線失電。

值班人員對110 kV 變電站35 kV 高壓室檢查，發現35 kVⅠ、Ⅲ段分段開關柜（編號為3500）內存在明顯短路痕跡，開關柜內有黑煙冒出，將開關柜轉為冷備狀態后緊急恢復1#主變及35 kVⅠ段母線用戶供電。用3#主變緊急恢復35 kVⅢ段母線供電，發現35 kVⅢ段母線A 相接地，隨即改用35 kVⅣ段母線恢復原35 kVⅢ段用戶供電。

2 事故分析

2.1 保護動作情況

1#主變：低后備復壓過流Ⅰ段動作，ABC 相，動作值28.58 A。

4#主變：比率差動動作，AC 相，動作值5.68Ie；輕、重瓦斯動作。

軋鋼I 線：過流I 段動作，B 相，動作值18.35 A。

3500F：過流I 段動作，AB 相，動作值44.5 A。

3500B：過流I 段動作，AB 相，動作值45.19 A。

2.2 軋鋼I 線過流I 段動作跳閘原因

事故發生后，組織相關人員對軋鋼I 線全線進行巡視檢查，在軋鋼I 線終端塔下戶電纜橋架上發現電力電纜B 相燒損點。

根據變電站35 kVⅢ段母線在恢復送電時出現A 相接地故障，對35 kVⅢ段母線設備檢查，發現在35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開關柜內后側上方A 相母線套管擊穿損壞。

接地時35 kVⅡ段母線電壓分別為Ua=28.12 kV、Ub=11.13 kV、Uc=28.20 kV。

根據以上故障點及電壓數據可以確定，此次事故最初是軋鋼I 線電纜發生B 相不完全接地，因為110 kV 變電站35 kV系統為中性點不接地系統，接地點拉弧放電，系統出現弧光過電壓。110 kV 變電站在將軋鋼Ⅰ線負荷調軋鋼Ⅱ線供電過程中，35 kVⅢ、Ⅳ段母聯3500B 合環操作產生操作過電壓，兩者疊加引起系統電壓超過正常電壓數倍。過電壓引起35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開關柜內的35 kVⅢ段母線A 相絕緣套管這一系統絕緣薄弱點擊穿接地，從而與軋鋼Ⅰ線B 相電纜接地點形成AB 相兩點接短路，引起軋鋼Ⅰ線過流I 段動作跳閘（圖1）。

圖1 發生故障的35 kV 母線套管

2.3 1#主變低后備復壓過流Ⅰ段動作跳閘原因

35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開關在熱備用狀態，在3500 開關柜內母線套管發生兩相接地短路后，柜內電弧發生空氣游離擊穿，熱能急劇釋放，3500E 開 關與3500-1 刀閘之間發生絕緣擊穿三相短路，造成給35 kVⅠ段母線供電的1#主變低后備復壓過流Ⅰ段動作跳閘（圖2）。

圖2 發生故障的35 kV 斷路器

2.4 4# 主變比率差動以及輕、重瓦斯動作跳閘原因

由于4#主變差動保護、瓦斯保護同時動作，初步判斷主變壓器本體發生內部故障。檢查4#主變瓦斯繼電器發現有氣體產生，將變壓器轉為檢修狀態，進行全面試驗。

4#變壓器型號為SFZ9-80000，接線組別YN d11，用高壓兆歐表、直流電阻測試儀等設備對其進行測試，試驗數據見表1～表3。

通過以上數據可以看出，變壓器存在嚴重問題：①低壓繞組對地絕緣電阻接近零；②低壓繞組直流電阻不平衡率嚴重超過1%的標準；③變壓器油氫氣產氣量超出150 μL/L、乙炔產氣量超出5 μL/L、總烴產氣量超出150 μL/L。

事故后變壓器返廠維修，拆解變壓器后發現，變壓器A相壓板斷裂，低壓線圈端部相間位置線餅燒毀，且鐵心片有不同程度的燒蝕及變形。變壓器C 相壓板斷裂，低壓線圈上端部相間位置線餅變形，下端部線圈燒毀變形嚴重，高、低壓線圈無法拆分，高壓線圈下端線圈變形斷裂，且上部鐵心片有不同程度燒蝕及變形。

在此次事故中，由于4#主變所帶的35 kVⅢ段母線系統產生較大的過電壓以及短路電流，導致4#主變本體內部線圈、鐵心等部件絕緣擊穿、嚴重變形受損，造成主變差動保護、瓦斯保護同時動作（圖3）。

表1 絕緣電阻試驗數據

表2 線圈直流電阻試驗數據

表3 變壓器油色譜分析試驗數據 μL/L

圖3 故障變壓器

2.5 3500F、3500B 保護動作原因

將軋鋼Ⅰ線負荷調軋鋼Ⅱ線供電過程中，先合上3500F 開關，在合3500B 開關后發生停電事故，此時，35 kVⅢ段母線A 相絕緣套管與軋鋼Ⅰ線B 相電纜接地點形成兩點接短路，因此達到3500F、3500B 保護定值后，兩者保護同時動作。

3 事故啟示及防范措施

（1）小電流接地系統發生單相接地時，一般接地電流不大，但是當發生單相間隙性電弧接地時，系統中積蓄的能量無法泄放，使得中性點電位抬高，系統產生過電壓，破壞力大。而且此變電站35 kV 線路多采用電力電纜出線，系統接地電容電流遠遠大于10 A。

針對單相接地電流大的35 kV 系統中性點接地方式開展改造，建議采用消弧線圈并聯小電阻接地組合方式，同時做好對小電流接地選線及滅弧綜合裝置的配套。

（2）該變電站于2005 年投運，周圍環境粉塵較多，設備處于老化狀態、缺陷較多，但是由于生產形勢緊張，大范圍設備改造升級未能開展。根據35 kV 設備實際運行狀況，加強對高壓設備的絕緣防護，同時解決其他設備缺陷，盡早組織全面升級改造工作。

（3）電力電纜敷設于室外電纜橋架上，點檢、維護力度有時跟不上。建議引進電力電纜在線局放監測、紅外熱成像監測等技術，提高電力電纜在線監測技術水平，盡早發現電纜缺陷劣化趨勢，消滅隱患。

（4）在35 kV 系統發生單相接地時，為了保證用戶現場能夠連續生產，采取影響最小的倒負荷后再停電的方式。結合本次事故處理，建議對單相接地應急處理方案進行優化完善，按用戶生產性質進行分類管理，特別是涉及安全的應急措施，應進一步研究其合理性，提高事故狀態下的應急處置能力。

4 結論

小電流接地系統中發生單相接地故障，不是所有系統都適用有關規定“允許系統帶故障繼續運行2 h”，一旦系統中有絕緣薄弱點，當系統電壓異常升高時，極易容易引發兩相接地短路事故，造成大范圍停電事故，應盡量縮短接地故障點隔離時間。