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        某水電廠10 kV廠用電母線接地及諧振報警分析

        2020-03-06 06:43:36
        四川水力發(fā)電 2020年1期
        關(guān)鍵詞:選線饋線諧振

        顧 挺

        (雅礱江流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610000)

        1 故障產(chǎn)生

        某水電廠10 kV廠用電母線由6段廠內(nèi)901~906M 10 kV母線和3段廠外907~909M 10 kV母線及其二次設(shè)備組成。其中廠內(nèi)6段10 kV母線主要為廠內(nèi)6臺600 MW水輪發(fā)電機(jī)組提供機(jī)組自用電電源,廠外3段10 kV母線主要為壩區(qū)泄洪設(shè)施、進(jìn)水口設(shè)施提供電源。其中902M 10 kV母線位于廠內(nèi)安裝間10 kV配電室、907M位于廠外壩區(qū)10 kV配電室,正常工況下902M與廠外907M聯(lián)絡(luò)運行由安裝間10 kV 902M供電。902M上共有9個負(fù)荷(含1個廠外輔助洞負(fù)荷973開關(guān)),907M上共有6個負(fù)荷。902M和907M 10 kV及輔助洞供電。2017年12月02日10:39 監(jiān)控系統(tǒng)CCS報:“ 2號機(jī)組故障錄波啟動報警”“壩區(qū)907M 10 kV消諧裝置報警”“壩區(qū)907M 10 kV接地報警”“安裝間902M 10 kV PT 902YH消諧裝置報警”“安裝間902M 10 kV接地報警”。

        2 故障檢查及特征

        2.1 故障檢查

        現(xiàn)場檢查壩區(qū)10 kV 907M/909M聯(lián)絡(luò)刀閘柜上小電流接地選線裝置報“母線:1000出線接地:1001”(顯示回路為90702開關(guān))、安裝間10 kV 902M/903M聯(lián)絡(luò)刀閘柜上小電流接地選線裝置顯示“母線:2000出線接地:2006”(顯示回路為90207開關(guān)),907M及902M消諧裝置面板上均有“諧振”“接地”報警指示燈點亮。現(xiàn)地檢查2號機(jī)故障錄波啟動原因為“2號高廠變低壓側(cè)3U0突變量啟動”。檢查907M、902M及其各負(fù)荷開關(guān)運行正常,在該時間段內(nèi)無大負(fù)荷啟停動作,無相關(guān)設(shè)備切換操作,現(xiàn)地報警信號均可手動復(fù)歸。

        2.2 故障波形及接地分析

        2.2.1 10 kV單相接地故障特征

        10 kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng),發(fā)生金屬性單相接地時,故障相電壓接近零,非故障相對地電壓升高為原來倍(二次側(cè)電壓由59 V升高至100 V)。故障點的零序電壓與正常相電壓大小相等,故障點電流為三相對地電容電流之和,母線PT開口三角形兩端出現(xiàn)3U0接近100 V,微機(jī)消諧裝置將啟動,同時小電流接地選線裝置發(fā)生接地報警信號。

        發(fā)生非金屬性短路接地時(即經(jīng)過渡電阻接地),故障相電壓比正常相電壓要低,非故障相電壓不超過線電壓,母線PT開口三角形處兩端電壓出現(xiàn)3U0大于30 V時,也會啟動微機(jī)消諧裝置及小電流選線裝置報警。

        發(fā)生瞬時性的單相接地時,一旦接地故障點消除,非接地相在故障期間已充電的電荷只能通過電壓互感器高壓線圈經(jīng)其自身的接地點接入大地。在這一瞬間電壓突變過程中,電壓互感器高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大,甚至飽和,此時易構(gòu)成相間串聯(lián)諧振,引起三相電壓波形畸變。

        2.2.2 902M、907M10 kV發(fā)生接地及諧振數(shù)據(jù)分析

        通過對12月02日發(fā)生的故障錄波圖進(jìn)行分析(如圖1),證實902M、907M確實發(fā)生了瞬時單相金屬性接地故障(接地時間約0.64 s),接地故障瞬時消失后產(chǎn)生了諧振,1.08 s后波形恢復(fù)正常。如圖1所示,圖中T1時刻發(fā)生故障,并隨之產(chǎn)生零序電壓3U0。故障后,A相電壓降低為5 V、B相電壓升高為102 V,C相電壓升高為108 V,整個過程持續(xù)0.64 s??蜻x部分為接地波形段(0.64 s),右側(cè)波段直至T2為接地消除后系統(tǒng)震蕩恢復(fù)過程波形。兩相電壓升高一相電壓降低是不接地系統(tǒng)單相接地故障的典型特征。根據(jù)單相接地故障判據(jù),確定此次事件接地相為A相。

        圖1 2017年12月02日902M、907M接地故障錄波圖

        2.2.3 902M、907M 10 kV小電流接地選線分析

        根據(jù)上述2.2.2分析,10kV 902M或907M發(fā)生了明顯的瞬時金屬性接地現(xiàn)象,且接地消失后產(chǎn)生了0.2 s左右諧振。查看大壩10 kV小電流選線裝置顯示907M第1支路90702開關(guān)進(jìn)線回路有接地故障,查看安裝間10 kV小電流選線裝置顯示902M第6支路90207開關(guān)出線回路有接地故障,兩者均指向了902M至907M之間10 kV電纜發(fā)生了瞬時性金屬接地。

        3 接地及諧振報警

        2017年01月10日、2016年06月25日也發(fā)生了兩次10 kV單相接地故障,與本次事件報警信號相同,經(jīng)查詢接地相分別是B、C相,二次側(cè)電壓均降低了10~20 V,但此次接地相A相二次側(cè)電壓由59 V降至5 V左右(如圖1),基本趨近于0,10 kV系統(tǒng)發(fā)生了瞬時金屬性接地。

        3.1 產(chǎn)生原因

        (1)若902M、907M小電流接地選線裝置選線均正確,則90207開關(guān)至90702開關(guān)之間10 kV長距離電纜發(fā)生了單相瞬時金屬性接地;

        (2)若902M小電流裝置選線正確,907M小電流裝置選線不正確,則可能是907M母線或其饋線開關(guān)出線側(cè)發(fā)生了單相接地;

        (3)若907M小電流裝置選線正確,902M小電流裝置選線不正確,則可能是902M母線或其饋線開關(guān)出線側(cè)發(fā)生了單相接地;

        (4)若902M、907M小電流裝置選線均不正確,則902M母線及其饋線、907M母線及其饋線分別均發(fā)生了單相接地;

        (5)902M 10 kV上至輔助洞負(fù)荷973開關(guān)下級負(fù)荷發(fā)生了單相接地,導(dǎo)致電廠902M、907M10 kV接地和諧振報警;

        (6)902M、907M上10 kV大功率負(fù)荷啟停,如10 kV檢修排水泵、滲漏泵等,造成了10 kV母線PT磁飽和從而產(chǎn)生了鐵磁諧振,使系統(tǒng)中性點位移產(chǎn)生對地的零序電壓,反應(yīng)在母線PT的開口三角形處會發(fā)生接地報警信號,誤將虛幻接地認(rèn)為是母線單相接地;

        (7)400 V系統(tǒng)大功率負(fù)荷投退,如壩頂門機(jī)、進(jìn)水口門機(jī)、壩頂值守樓、廠內(nèi)外400 V大功率水泵的啟?;蜻\行過程中發(fā)生接地,導(dǎo)致10 kV接地及諧振的發(fā)生。

        3.2 原因分析

        針對上述3.1產(chǎn)生原因的7種情況,分析如下:

        (1)對于情況1,兩段母線小電流選線裝置均指向90207開關(guān)至90702開關(guān)之間電纜,該長距離電纜發(fā)生單相瞬時接地有較大可能;

        (2)對于情況2,在本次事件發(fā)生前,檢修人員已開票對10 kV 907M母線絕緣、907M饋線絕緣進(jìn)行了分相絕緣測試,絕緣均合格,故該種情況排除;

        (3)對于情況3,22B低壓側(cè)至922開關(guān)進(jìn)線側(cè)電纜(曾經(jīng)發(fā)生過22B低壓側(cè)電纜頭燒損事件)、902M母線、902M饋線由于未進(jìn)線絕緣測試,此種情況不能排除;

        (4)對于情況4,902M、907M小電流選線裝置同時誤選的可能性較小,兩段聯(lián)絡(luò)母線同時發(fā)生了同相不同支路的接地情況概率極小,故該種情況排除;

        (5)對于情況5,故障發(fā)生時錦屏電網(wǎng)調(diào)度室已匯報廠錦Ⅰ回、錦輔Ⅰ回下級負(fù)荷無跳閘、無接地情況。但現(xiàn)場輔助洞10kV母線微機(jī)消諧信號并未直接送至調(diào)度室,值班人員匯報情況并非正確,需進(jìn)一步排查,并不能排除輔助洞內(nèi)存在問題的可能性;

        (6)對于情況6,10 kV大功率負(fù)荷啟停造成的無論是基波諧振、分頻諧振或倍頻諧振,諧振產(chǎn)生的波形與單相接地產(chǎn)生的波形有明顯的區(qū)別;不接地系統(tǒng)發(fā)生諧振時,三相波形會依次或同時升高變化,并伴有波形畸變和尖角波,圖1是典型的單相接地波形,10 kV系統(tǒng)必然是先發(fā)生了單相接地故障,故該種情況排除。

        (7)對于情況7,400 V系統(tǒng)是經(jīng)廠用變壓器中性點接地系統(tǒng),廠用變高壓側(cè)是角形接線、低壓側(cè)是星形接線且中性點直接接地,如400 V大功率負(fù)荷在啟停過程中發(fā)生瞬時接地,400 V開關(guān)過流保護(hù)將動作跳開三相,故障錄波可能會啟動,但不會導(dǎo)致10 kV母線接地和諧振報警,故該種情況排除。

        3.3 初步結(jié)論

        綜合上述3.1、3.2的分析,得出以下結(jié)論:

        (1)10 kV 902M至907M之間10 kV長電纜(含進(jìn)出線電纜頭)A相,22B低壓側(cè)至902M進(jìn)線、902M母線及其各負(fù)荷出線電纜(含進(jìn)出線電纜頭)A相,均可能存在絕緣隱蔽缺陷,由于受到外界異物的接觸或移位,導(dǎo)致了瞬間單相接地(注:907M進(jìn)線、母線及饋線本次事件發(fā)生前,絕緣已測量合格);

        (2)902M、907M10 kV母線及其饋線回路(含下級10 kV隔離柜)設(shè)備本身絕緣正常,由于外界小動物等異物接觸母線或出線裸露導(dǎo)體部分,導(dǎo)致瞬時單相接地;

        (3)10 kV 902M下級輔助洞10 kV系統(tǒng)某處負(fù)荷發(fā)生了單相接地,導(dǎo)致上級902M、907M10 kV產(chǎn)生接地及諧振現(xiàn)象。

        4 排查建議

        4.1 902M進(jìn)線、母線及負(fù)饋線全面排查

        針對12月02日10 kV單相瞬時接地事件,待22B及902M轉(zhuǎn)檢修時,進(jìn)一步對22B低壓側(cè)至902M進(jìn)線、902M母線及其各負(fù)荷出線電纜進(jìn)行絕緣檢查,進(jìn)一步查找發(fā)生瞬時單相接地回路。

        4.2 902-907M之間長距離10 kV電纜絕緣檢查

        具備條件時,在90207開關(guān)出線側(cè)對902M至907M之間10 kV電纜分相搖測絕緣,必要時進(jìn)行交流耐壓試驗,進(jìn)一步確認(rèn)該長距離電纜回路無隱蔽缺陷。

        4.3 輔助洞10 kV系統(tǒng)全面排查

        對973開關(guān)出線10 kV電纜(至輔助洞)對側(cè)錦西變電站及輔助洞10 kV系統(tǒng)檢查,鑒于輔助洞內(nèi)多次發(fā)生接地故障導(dǎo)致廠內(nèi)10 kV消諧裝置報警,督促設(shè)備管理單位全面排查輔助洞內(nèi)10 kV電纜情況及開關(guān)柜防火封堵情況。

        4.4 10 kV 902M、907M PT高壓側(cè)熔斷器檢查

        對902M、907M10 kVPT高壓側(cè)熔斷器進(jìn)行必要檢查,發(fā)生單相接地現(xiàn)象瞬時消失時,由于三相電壓的變化,電壓互感器將會產(chǎn)生較大的激磁電流,電壓互感器高壓側(cè)熔斷器有可能會發(fā)生損傷。建議后續(xù)對母線PT高壓側(cè)熔斷器進(jìn)行必要檢查。

        5 排查結(jié)果

        根據(jù)上述4.1~4.4排查建議,電廠檢修人員對902M、907M進(jìn)線電纜、饋線電纜、10 kV開關(guān)進(jìn)行了檢查及預(yù)試,對10 kV小電流接地選線裝置、故障錄波裝置進(jìn)行了檢查。檢查結(jié)果如下:

        (1)902M、907M10 kV母線及其10 kV饋線回路(含下級10 kV隔離柜)所有進(jìn)出線電纜頭及所有導(dǎo)體無燒損、放電現(xiàn)象,電纜終端無放電、變色、鼓包、破損,柜內(nèi)絕緣件無裂紋或損壞,無老鼠等異物,檢查10 kV開關(guān)柜、隔離柜內(nèi)進(jìn)出線電纜防火封堵完好、無破損;

        (2)對10 kV 902M至907M之間長距離電纜分相搖測絕緣合格,交流耐壓合格,未發(fā)現(xiàn)電纜回路明顯缺陷;

        (3)檢查902M、907M 10 kV各柜內(nèi)電壓互感器高壓側(cè)熔斷器未發(fā)生熔斷,PT外觀無破損,用萬用表測量其直流電阻,各保險直流電阻無明顯差異。902M、907M10 kV電纜預(yù)試完成,預(yù)試均合格;

        (4)檢查輔助洞10kV系統(tǒng)配電柜內(nèi)備臟污比較嚴(yán)重,部分設(shè)備有放電痕跡,輔助洞10 kV開關(guān)站內(nèi)錦輔I回進(jìn)線電纜頭有放電痕跡,電纜室孔洞封堵不規(guī)范、部分孔洞未封堵,存在小動物通過孔洞進(jìn)入配電室可能;輔助洞負(fù)荷下級至錦屏山隧道內(nèi)箱變電氣設(shè)備有老化現(xiàn)象,部分電纜頭、絕緣子存在放電痕跡。

        6 結(jié) 語

        根據(jù)上述排查情況,可得出本次接地及諧振事件產(chǎn)生的結(jié)論:廠內(nèi)902M及907M電氣設(shè)備無異常,盤柜孔洞已封堵完好,不存在導(dǎo)致902M、907M接地諧振的外部風(fēng)險;輔助電網(wǎng)(錦西110 kV變電站/輔助洞10 kV開關(guān)站)存在導(dǎo)致902M、907M接地諧振的外部風(fēng)險;輔助洞10 kV系統(tǒng)供電的錦屏山隧道配電也存在導(dǎo)致902M、907M接地諧振的外部風(fēng)險。通過本次接地故障特征的分析、產(chǎn)生原因梳理、排查建議,最終排查出了廠外輔助洞故障的外部隱患風(fēng)險導(dǎo)致廠內(nèi)發(fā)生了多次接地,后續(xù)電廠將制定整改措施和計劃,將輔助洞系統(tǒng)實施改造,降低多負(fù)荷的單相接地風(fēng)險,確保電廠廠用電安全。

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