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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)有相間或相對地短路故障引起[1-2]，而因變壓器高側(cè)設備故障引起10 kV側(cè)電壓波動的情況一般不多。

下面分析所涉及到的接插式開關電器(plug and switch system，PASS)是一種介于敞開式設備與氣體絕緣開關設備(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)簡單、可靠性高、維護工作量小等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中的應用較為廣泛[3-6]。但由于PASS設備部件大多為內(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)，因此當其內(nèi)部有某些隱患或缺陷時，其較敞開式設備往往更容易造成故障擴大化[7]。

1 缺陷情況

某檢修人員在某110 kV變電站進行3號主變壓器高壓側(cè)、中性點套管加裝防雨罩以及3號主變壓器高壓側(cè)、中性點避雷器高壓端子接線板更換工作，完成后經(jīng)運行人員驗收合格，將3號主變壓器及低壓側(cè)3M母線送電，送電后無異常情況。當日，運行人員在集控中心監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)變電站10 kV 3M母線電壓波動，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，但轉(zhuǎn)由2號主變壓器帶10 kV 3M母線負荷正常，且對主變壓器進行檢測也無異常。

2 仿真分析

為查找缺陷原因，利用PSCAD做一個仿真計算，按以下思路確定仿真初始條件：

1)因2號主變壓器帶10 kV 3M母線負荷正常，且對主變壓器進行檢測也無異常，可排除3號主變壓器本體及低壓側(cè)設備故障；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行計算。

表1 仿真初始條件

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

經(jīng)過仿真計算與實際對比，最終確定了與實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3號主變壓器高壓側(cè)B相對系統(tǒng)接觸電阻增大至兆歐級時，其低壓側(cè)A、B相電壓下降十分明顯，與實際現(xiàn)象較符合，通過仿真分析為現(xiàn)場設備故障快速定位提供了技術支持。

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3號主變壓器高壓側(cè)進行檢查，測得3號主變壓器絕緣電阻、直流電阻、介質(zhì)損耗、繞組變形、變比等各項參數(shù)均正常。繼續(xù)檢查103 PASS設備，如圖4、圖5所示，發(fā)現(xiàn)當1034隔離開關在分閘位置，機構(gòu)輸出主拐臂中的對位孔與固定設置對位校正板的分閘對位孔沒有對正，定位銷不能插入，由此初步判斷該1034隔離開關的電動機構(gòu)分閘輸出行程不足。當1034隔離開關在合閘位置，合閘對位孔與主軸上的對位孔未能對齊，初步分析該1034隔離開關的電動機構(gòu)合閘輸出行程不足，如圖6所示。

圖4 103 PASS設備

針對上述問題，對103 PASS設備進行全面解體檢查，其中重點對1034隔離開關及其操作機構(gòu)進行檢查，關鍵是檢查機構(gòu)動作及其輸出行程，機構(gòu)輸出連接、隔離開關連桿及軸銷連接、本體調(diào)節(jié)盤及其軸封、本體傳動主軸及其連接、本體動靜觸頭及其裝配等位置，排查隔離開關合閘導致不到位的卡阻、摩擦、行程消耗的根本原因。

圖5 1034隔離開關合閘對位情況

圖6 1034隔離開關分閘對位情況

1034隔離開關B相重軸連接部位如圖7所示。

圖7 1034隔離開關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相觸頭桿端部擺動幅度檢測約為±2 mm。解體過程發(fā)現(xiàn)其固定銷緊固不足，觸頭經(jīng)手搖，有明顯竄動現(xiàn)象。

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

1034隔離開關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相靜觸頭燒蝕嚴重，往合閘方向一側(cè)表帶及觸頭座工裝角燒蝕量達1/3，為接觸不良導致的導電部位燒蝕。

圖8 1034隔離開關動觸頭燒損情況

圖9 1034隔離開關靜觸頭燒損情況

通過上述解體結(jié)果可知，1034隔離開關B相內(nèi)部動觸頭桿裝配固定銷不緊固，觸頭桿竄動導致合閘時受力卡阻，造成隔離開關三相動靜觸頭均存在不同程度接觸不良現(xiàn)象，其中又以B相為最嚴重，在長期接觸不良發(fā)熱的影響下引起燒熔觸頭，從而使B相動靜觸頭之間產(chǎn)生兆歐級電阻的開路情況，并最終導致該變電站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。

確認故障原因后，運維人員對燒損部件進行更換，并調(diào)整隔離開關后重新進行分合閘測試行程及到位情況，確保滿足相關標準要求。

4 結(jié) 語

前面針對一起因變壓器高壓110 kV側(cè)PASS設備故障導致變壓器低壓10 kV側(cè)母線電壓異常的案例進行仿真分析，為快速查找故障提供技術支持。

結(jié)合仿真分析結(jié)果與現(xiàn)場檢查情況，快速確認故障部位為1034隔離開關B相觸頭，并進一步確定故障發(fā)生的根本原因是PASS設備裝配隔離開關主軸固定銷緊固不足所致。針對故障原因，提出相應的處理方案，為其他同類型設備類似故障提供經(jīng)驗總結(jié)。