馬洪杰（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局，廣西崇左532200）

大新站10kVⅡ母PT故障分析及中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)母線PT故障預(yù)防措施分析

馬洪杰（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局，廣西崇左532200）

本文介紹了110kV大新站10kVⅡ母PT損壞的經(jīng)過，對(duì)其進(jìn)行了故障原因的剖析，并借此引出了關(guān)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行系統(tǒng)線路發(fā)生單相接地時(shí)對(duì)母線PT的危害，提出了預(yù)防中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)母線PT損壞的防范措施。

中性點(diǎn)不接系統(tǒng)；線路接地；母線PT損壞；防范措施

1 事故發(fā)生過程

2013年07月13日16時(shí)26分44秒，監(jiān)控通知110kV大新站10kVⅠ、Ⅱ段母線接地，要求巡維值班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查；

16時(shí)41分30秒，巡檢人員到站，與監(jiān)控中心聯(lián)系后，斷開了10kV分段900開關(guān)，10kVⅠ段母線接地信號(hào)復(fù)歸，但10kVⅡ段母線接地信號(hào)仍存在。10kVⅠ段母線電壓顯示為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV，Uab：9.59kV，Ubc：9.64kV，Uca：9.60kV；

16時(shí)51分31秒，監(jiān)控中心斷開110kV大新站10kV北郊線962開關(guān)（當(dāng)時(shí)10kVⅡ段母線只有北郊線處于運(yùn)行狀態(tài)），接地信號(hào)未復(fù)歸，10kVⅡ段母線電壓顯示Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV，線電壓10.34kV；

16時(shí)53分20秒，巡維人員檢查10kV配電室，聞到燒焦味；

17時(shí)03分28秒，監(jiān)控中心斷開2號(hào)主變10kV側(cè)902開關(guān)；

17時(shí)14分30秒，巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)110kV大新站10kVⅡ段母線PTB相已燒壞。

2 現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查

圖1

圖1 中，B相PT高壓繞組與鋁排連接處有燒融的液體溢出，PT已不具備運(yùn)行條件。由于PT間隔未轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，三相保險(xiǎn)是否已熔斷無法確定。

3 大新10kVⅡ母PT銘牌參數(shù)

圖2

4 過程說明

第一階段：16時(shí)26分44秒至16時(shí)41分30秒：事后經(jīng)詢問，“16時(shí)26分44秒發(fā)10kVⅠ、Ⅱ段母線接地信號(hào)”時(shí)，系統(tǒng)A相電壓為0V，B、C相相對(duì)地電壓為10kV。說明16時(shí)26分44秒時(shí)，系統(tǒng)A相線路有接地現(xiàn)象，因無錄波圖，線路接地持續(xù)了多久無法確定。

第二階段：16時(shí)41分30秒～16時(shí)51分31秒：16時(shí)41分30秒，巡檢人員斷開10kV分段900開關(guān)后，10kVⅠ段母線接地信號(hào)復(fù)歸，但10kVⅡ段母線接地信號(hào)仍存在，10kVⅡ段母線相電壓顯示為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV，Uab：9.59kV，Ubc：9.64kV，Uca：9.60kV。說明斷開900開關(guān)后，Ⅱ段母線電壓仍存在異常（較正常相電壓有升高），且Ⅱ段母線PT開口三角仍有電壓輸出，因?yàn)棰蚨文妇€接地信號(hào)未復(fù)歸。

第三階段：16時(shí)51分31秒以后：由于當(dāng)時(shí)10kVⅡ段母線出線線路中只有北郊線處于運(yùn)行狀態(tài)，16時(shí)51分31秒，監(jiān)控中心斷開10kV北郊線962開關(guān)，接地信號(hào)仍未復(fù)歸，10kVⅡ段母線電壓顯示Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV。結(jié)合事后巡維人員的現(xiàn)場(chǎng)檢查，可判斷在斷開962開關(guān)時(shí)10kVⅡ母PT已損壞，導(dǎo)致B相電壓降為0V。

5 過程推導(dǎo)及原理分析

從上面的事故說明，可把整個(gè)過程簡化銜接如下：首先，B相線路發(fā)生接地，接地信號(hào)報(bào)警。接著，系統(tǒng)三相相電壓升高，接地信號(hào)仍然存在，最后，B相PT燒壞。

總結(jié)本次事故的發(fā)生有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）大新主變10kV側(cè)接線為三角形接線，屬不接地系統(tǒng)；

（2）系統(tǒng)出現(xiàn)異常前發(fā)生過線路接地；

（3）系統(tǒng)三相電壓均有不同程度的升高；

（4）事故整個(gè)過程都伴隨有接地信號(hào)，也就是PT二次側(cè)開口三角一直有一定的電壓輸出。

以上4個(gè)特點(diǎn)與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)表現(xiàn)出來的特征較為穩(wěn)合。由于無錄波圖參考，現(xiàn)結(jié)合諧振的發(fā)生機(jī)理，對(duì)本次事故推導(dǎo)如下：

13日16時(shí)26分44秒，A相線路發(fā)生接地是本次事故的開始，此時(shí)，A相線路接地故障點(diǎn)會(huì)流過電容電流，未接地相（B、C相）線路的電壓升高至線電壓，同時(shí)，未接地相（B、C相）線路對(duì)地電容會(huì)充以與線電壓相應(yīng)的電荷，而此電荷產(chǎn)生的電容電流以A相線路接地故障點(diǎn)為通路，在主變端電源——未接地導(dǎo)線（B、C相）——大地——A相線路接地故障點(diǎn)——主變端電源間流通。線路接地故障期間，PT因接地相一次電壓降低，導(dǎo)致二次側(cè)開口三角有不平衡電壓輸出，出現(xiàn)線路接地信號(hào)。

當(dāng)接地故障消失時(shí)，線路接地故障點(diǎn)消失，此時(shí)電流通路被切斷，非接地相（B、C相）必須由線電壓恢復(fù)到正常相電壓，則需要將聚集在線路上的多余的電荷釋放掉。而在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（大新2號(hào)主變10kV側(cè)為三角形接線）和線路故障接地點(diǎn)已斷開的前提下，電荷只能通過PT的高壓繞組并經(jīng)其接地的中性點(diǎn)流入大地，重新在B、C相線路——母線PT——A相線路間形成回路，進(jìn)行電荷充放電平衡。在這一變化過程中，大量電荷要通過PT高壓繞組釋放，很容易引起PT鐵芯的飽和，鐵芯飽和后的PT勵(lì)磁電感會(huì)逐漸變小，當(dāng)勵(lì)磁電感減小到和系統(tǒng)電容滿足一定的匹配關(guān)系時(shí)就會(huì)形成共振回路，激發(fā)鐵磁諧振過電壓。16時(shí)41分30秒，巡檢人員斷開10kV分段900開關(guān)后，查看監(jiān)控機(jī)，顯示10kVⅡ段母線相電壓分別為Ua：7.68kV，Ub：7.69kV，Uc：7.61kV。從三相相電壓值，我們可以確認(rèn)此時(shí)線路接地已經(jīng)消失，但三相相電壓并未恢復(fù)到正常的相電壓水平，而是保持在1.33倍左右的額定相電壓，說明在A相線路接地消失后，系統(tǒng)又經(jīng)歷了一個(gè)震蕩的過程，推測(cè)是由于B、C相線路上的電荷在通過PT高壓繞組進(jìn)行電荷釋放的過程中，引起PT鐵芯飽和，使系統(tǒng)對(duì)地感抗發(fā)生變化并與系統(tǒng)相間及相對(duì)地容抗匹配，產(chǎn)生了諧振，而且及有可能是分頻諧振，因?yàn)榉诸l諧振通常會(huì)使三相對(duì)地電壓同時(shí)升高至1.2～1.5倍額定相電壓之間（1.33正好處于這個(gè)區(qū)間范圍）。另外，在發(fā)生分頻諧振過程中，由于PT鐵芯處于飽和狀態(tài)，PT二次側(cè)電壓相位會(huì)與一次側(cè)電壓相位產(chǎn)生偏差，在三相相位疊加作用下，會(huì)導(dǎo)致二次側(cè)開口三角有不穩(wěn)定的電壓輸出，這也是在線路接地故障消失后，還會(huì)出現(xiàn)間歇性接地信號(hào)報(bào)警的原因。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振后，系統(tǒng)會(huì)由一個(gè)狀態(tài)過渡到另一個(gè)狀態(tài)并維持穩(wěn)定，直到產(chǎn)生諧振的條件被破壞后，諧振才會(huì)消除。從16時(shí)41分30秒（巡檢人員斷開10kV分段900開關(guān)時(shí)出現(xiàn)三相電壓升高）到16時(shí)51分31秒（監(jiān)控中心斷開10kV北郊線962開關(guān)，10kVⅡ段母線電壓顯示為Ua：10.06kV，Ub：0.2kV，Uc：10.2kV）共10min，B相PT高壓繞組極有可能在經(jīng)歷諧振的過程中就已經(jīng)對(duì)地?fù)舸?，所以在斷開962開關(guān)——破壞諧振條件后，B相相電壓仍接近于0V。

6 中性點(diǎn)不接地運(yùn)行系統(tǒng)線路發(fā)生單相接地對(duì)母線PT的危害及PT損壞原因分析

綜合上述過程分析，對(duì)PT損壞原因判斷如下：

B相PT損壞的直接原因：在A相線路接地故障消失后，三相線路重新進(jìn)行電荷分配，B、C相線路通過母線PT一次繞組形成回路對(duì)A相線路充放電，引起母線PT一次繞組鐵芯飽和，感抗下降并與系統(tǒng)對(duì)地容抗匹配，形成鐵磁諧振，諧振狀態(tài)下流經(jīng)PT一次繞組的電流持續(xù)增大，導(dǎo)致PT一次繞組及鐵芯溫度升高，當(dāng)熱量積累到一定程度，PT繞組絕緣材料開始融化，并引起繞組匝間絕緣擊穿，放電，隨著諧振過程的持續(xù)，PT內(nèi)部故障進(jìn)一步加劇，故障部位逐漸擴(kuò)大，并最終導(dǎo)致高壓繞組對(duì)地?fù)舸?/p>

B相PT損壞的間接原因：大新站16時(shí)26分44秒，10kV系統(tǒng)線路發(fā)生接地，引起系統(tǒng)波動(dòng)是本次事故的誘因。而PT高壓繞組飽和，勵(lì)磁電流增大時(shí)，與高壓繞組串聯(lián)的高壓保險(xiǎn)未能熔斷，未能迅速破壞諧振條件，導(dǎo)致PT高壓繞組長時(shí)間承受過電流、過電壓沖擊，也是導(dǎo)致PT損壞的間接原因之一。

7 預(yù)防中性點(diǎn)不接地運(yùn)行系統(tǒng)母線PT損壞的技術(shù)措施分析

（1）查閱歷年10kV、35kV系統(tǒng)母線PT的故障記錄，多數(shù)母線PT故障前都伴有線路單相接地故障的發(fā)生，而線路單相接地故障多以線路對(duì)地間歇性電弧放電為主。通過本次分析可知，線路接地是本次PT故障的誘因，因此，減小中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地發(fā)生的可能性，就能從源頭降低母線PT發(fā)生故障的概率。而從目前的技術(shù)手段來看，只能結(jié)合系統(tǒng)電容電流的大小，對(duì)該系統(tǒng)電壓側(cè)有中性點(diǎn)引出的星型接線的主變，采用投入消弧線圈；對(duì)該系統(tǒng)電壓側(cè)無中性點(diǎn)引出或采用三角形接地的主變，采用在母線PT一次繞組中性點(diǎn)加裝消諧器的手段，在線路剛發(fā)生單相接地故障時(shí)，就將接地故障切除，縮短故障持續(xù)時(shí)間，減少諧振過電壓對(duì)PT的沖擊。所以，要對(duì)10kV、35kV等中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)要進(jìn)行一次電容電流普測(cè)，對(duì)系統(tǒng)電容電流超標(biāo)的變電站及時(shí)采取加裝消弧線圈或一次消諧器的措施。

（2）嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇PT一次，確保系統(tǒng)發(fā)生諧振，PT一次繞組過流時(shí)，熔斷器能及時(shí)熔斷，切斷線路電容充放電回路，保護(hù)母線PT。

（3）為了提高母線PT在系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)的承受能力，在PT入網(wǎng)前應(yīng)嚴(yán)格按照《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150-2006）的要求，對(duì)中性電不接系統(tǒng)，進(jìn)行1.9倍相電壓下的PT勵(lì)磁特性試驗(yàn)，以確保PT的勵(lì)磁特性和抗飽和能力能滿足要求，提高母線PT的抗沖擊能力，減少設(shè)備故障率。

［1］袁克旻.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地的危害［J］.有線電視技術(shù)，2013（08）.

［2］于文斌，郭強(qiáng).高壓電壓互感器燒毀原因的分析及對(duì)策研究［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2016（01）.

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2095-2066（2016）30-0045-02

2016-10-10