史稼軒，李壯東，田 超，張少甫，劉細(xì)亮

(西安隆基清潔能源有限公司，西安 710018)

0 引言

隨著光伏電站對可靠性的要求越來越高，六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)設(shè)備因其占地面積小、可靠性高，配置靈活、安裝方便的特點，被越來越多的光伏電站所采用。GIS設(shè)備由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器(PT)、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等組成。

PT是用來變換線路電壓的設(shè)備，其工作原理與變壓器的類似。由于光伏電站使用的PT二次側(cè)有多個繞組，因此檢測過程中除了測量線路三相電壓的繞組外，還需要測量零序電壓的開口三角繞組。由于PT本身的阻抗很小，一旦二次側(cè)發(fā)生短路，電流將急劇增長，從而燒毀繞組，因此，PT二次側(cè)不能出現(xiàn)短路。本文針對某光伏電站66 kV GIS設(shè)備的PT燒毀原因進(jìn)行了分析，并提出了解決方案，以便避免后續(xù)同樣故障的發(fā)生。

1 故障概況

2019年5月12日，某光伏電站66 kV GIS設(shè)備的PT發(fā)生了燒毀現(xiàn)象，六氟化硫氣體噴出，后臺監(jiān)控系統(tǒng)報“PT斷線故障”，保護(hù)裝置未動作。該光伏電站已投運將近3年，故障發(fā)生前，GIS設(shè)備一直穩(wěn)定運行；故障當(dāng)天電網(wǎng)運行正常，無異常情況，經(jīng)PT生產(chǎn)廠家排查，PT匯控柜未發(fā)現(xiàn)問題；而且該電站已運行將近3年，認(rèn)為外圍接線存在問題的可能性不大，因此判斷為PT的質(zhì)量存在問題。6月4日更換PT后，光伏電站再次投運。

在更換PT半個月后，6月20日，該光伏電站66 kV GIS設(shè)備的PT又發(fā)生燒毀，與之前故障現(xiàn)象類似。經(jīng)過全面排查后發(fā)現(xiàn)，原來是由于從PT二次側(cè)接入到繼電保護(hù)盤柜的開口三角外接線L線和N線接反導(dǎo)致的。對錯誤接線進(jìn)行糾正后，重新更換了PT并投運，光伏電站運行正常。

2 故障原因及原理分析

2.1 故障錄波分析

從故障錄波來看，在PT燒毀的前幾分鐘，PT的測量電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，但66 kV高壓側(cè)電流一直穩(wěn)定，10 kV低壓側(cè)電壓和電流也一直正常。

由于PT第一次燒毀和第二次燒毀現(xiàn)象類似，因此故障錄波變化較為相似，下文以第二次燒毀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

6月20日13時30分24秒，66 kV高壓側(cè)A相電壓升高， C相電壓降低，出現(xiàn)電壓不平衡的現(xiàn)象，此時的故障錄波如圖1所示。

圖1 66 kV高壓側(cè)的故障錄波圖Fig. 1 Fault data of 66 kV high-voltage side

從圖1可以看出，在66 kV高壓側(cè)電壓發(fā)生變化時，66 kV高壓側(cè)電流、10 kV低壓側(cè)電流和電壓均無任何異常波動。

正常運行時，三相交流電壓的相角應(yīng)相差120°，但通過對比圖2中同一時間時66 kV和10 kV電壓向量可以發(fā)現(xiàn)，66 kV高壓側(cè)電壓的相位角發(fā)生異常，而10 kV低壓側(cè)電壓的相位角正常。

圖2 66 kV和10 kV電壓向量圖Fig. 2 66 kV and 10 kV vector diagram

如果線路發(fā)生短路或其他故障，由于變壓器的耦合作用，變壓器66 kV高壓側(cè)電壓和10 kV低壓側(cè)電壓會同時發(fā)生波形變化，但此次故障中，僅66 kV高壓側(cè)電壓的波形發(fā)生了變化，10 kV低壓側(cè)電壓的波形未發(fā)生變化；同時，對側(cè)站、廠內(nèi)各個線路和設(shè)備也無任何異常。因此，可以斷定在故障瞬間線路是正常的，66 kV高壓側(cè)電壓發(fā)生波動僅是PT本身二次側(cè)及外圍線路導(dǎo)致的測量問題。因為已經(jīng)更換過一次PT，因此故障原因由PT引起的可能性不大，需要對PT的外圍進(jìn)行排查。

2.1.1 PT線路排查分析

經(jīng)過對所有66 kV GIS設(shè)備的PT二次側(cè)接線進(jìn)行全面排查發(fā)現(xiàn)，PT二次側(cè)開口三角繞組的相關(guān)回路存在3處接線錯誤和1處圖紙設(shè)計錯誤。

這4處錯誤主要為：

1) 66 kV電能質(zhì)量在線監(jiān)測柜至公共測控柜接線(1YYH-117O)一側(cè)線標(biāo)(L630/1YYH-117O與N600/1YYH-117O)套反，而施工按照圖紙和線標(biāo)接線，導(dǎo)致L端與N端接反。

2) 66 kV電能質(zhì)量在線監(jiān)測柜至故障錄波柜接線(1YYH-117B)一側(cè)線標(biāo)(L630/1YYH-117B與N600/1YYH-117B)套反，而施工按照圖紙和線標(biāo)接線，導(dǎo)致L端與N端接反。

3) PT匯控柜側(cè)，根據(jù)竣工藍(lán)圖，開口三角引出線N端接在了X16端子排的第55端子上(見圖3)，但此接法與PT生產(chǎn)廠家提供的原理圖不符。經(jīng)過與設(shè)計院核實后發(fā)現(xiàn)，此為設(shè)計圖紙的設(shè)計錯誤。

4)根據(jù)竣工藍(lán)圖的要求，PT二次側(cè)繞組所有的N端應(yīng)是在繼電保護(hù)盤柜處統(tǒng)一接地，而實際上卻未按圖紙要求接線，PT二次側(cè)繞組所有的N端是在PT匯控柜側(cè)接地；并且擊穿保險未串入回路，其兩端的接線直接在其下端的接線柱上短接，如圖4所示；開口三角繞組的N端通過X16端子排的第54、55、56端子短接并接地，如圖3所示。

圖3 電站PT匯控柜錯誤接線圖Fig. 3 Wrong wiring diagram of PT exchange control cabinet

前文提到的1YYH-117O和1YYH-117B的接線錯誤與此次故障直接相關(guān)，錯誤的接線導(dǎo)致PT二次側(cè)開口三角的L端和N端在繼電保護(hù)盤柜內(nèi)接反。按照圖紙，PT二次側(cè)所有的N端應(yīng)短接在一起，但實際上的接線卻是利用短接片短接在一起，如圖5和圖6所示，因此，是由于L端和N端接反才導(dǎo)致二者短接在一起。

圖5 電能質(zhì)量在線監(jiān)測柜內(nèi)并聯(lián)短接片F(xiàn)ig. 5 Parallel short bar in power quality online monitoring cabinet

因為錯誤的接線，PT二次側(cè)開口三角的L線和N線短接，形成回路，如圖7中的藍(lán)線部分所示。

圖6 故障錄波柜內(nèi)并聯(lián)短接片F(xiàn)ig. 6 Parallel short bar in fault recorder

圖7 PT二次側(cè)的錯誤接線示意圖Fig. 7 Wrong wiring diagram of PT secondary side

當(dāng)電網(wǎng)正常，PT二次側(cè)開口三角繞組處于短路狀態(tài)時，即使電壓很小(故障排除后，實測值為0.6 V)，流過PT二次側(cè)開口三角繞組的電流也會很大。開口三角繞組及其二次側(cè)回路一直在發(fā)熱，長期運行后會造成PT二次側(cè)開口三角繞組絕緣損壞。

PT燒毀故障發(fā)生的當(dāng)天天氣晴朗，故障發(fā)生在13:35～13:40之間，由于此時間段的環(huán)境溫度較高，長期的短路運行發(fā)熱使PT的工作溫度突破臨界點，最終導(dǎo)致燒毀故障的發(fā)生。

再次更換新PT后，對所有接線錯誤進(jìn)行了糾正，更改接線后的PT二次側(cè)的正確接線示意圖如圖8所示。

圖8 PT二次側(cè)的正確接線示意圖Fig. 8 Correct wiring diagram of PT secondary side

使用繼電保護(hù)測試儀對PT二次側(cè)施加電壓進(jìn)行實驗，各個數(shù)據(jù)均正常。通電后，66 kV零序電壓為0.658 V，其在正常范圍內(nèi)，如圖9所示。

圖9 繼電保護(hù)測試儀顯示的零序電壓Fig. 9 Zero sequence voltage displayed on relay protection tester

使用萬用表測量繼電保護(hù)盤柜處開口三角電壓，為0.659 V，如圖10所示。該值與繼電保護(hù)測試儀顯示的電壓基本一致，這說明PT二次側(cè)開口三角回路接線正常。

圖10 繼電保護(hù)盤柜實測的開口三角電壓Fig. 10 Real open triangle voltage measured at relay proteotion cabinet

3 防范措施

本文所述的66 kV GIS設(shè)備PT燒毀故障是因為PT二次側(cè)開口三角短路導(dǎo)致的，由于故障潛伏時間長且隱蔽，造成故障原因分析困難重重。該故障起因于設(shè)計和施工時的錯誤，應(yīng)從設(shè)計和施工時加強(qiáng)防范，規(guī)避錯誤的發(fā)生；在后期的電站運維過程中，也應(yīng)做好定期的設(shè)備檢修和檢查，以排除重大隱患。

3.1并網(wǎng)前PT二次側(cè)回路的檢查

在并網(wǎng)前設(shè)備試驗時，一定要保證繼電保護(hù)試驗到位。使用繼電保護(hù)測試儀在PT匯控柜側(cè)分別對PT的第一繞組、第二繞組和開口三角繞組施加電壓信號?？蓞⒖家韵虏僮鞑襟E，以排查開路、混接、短路的情況：

1)使用繼電保護(hù)測試儀對第一繞組的A、B、C三相分別相施加10、20、30 V電壓，從監(jiān)控盤柜對應(yīng)的信號接線端子測量電壓值并與繼電保護(hù)測試儀上的三相二次電壓值比對。正常情況下，A、B、C三相的二次電壓應(yīng)與繼電保護(hù)測試儀上顯示的值一致；若一致，則可排除PT二次側(cè)第一繞組外圍線路開路存在問題的情況。該操作最好對PT的接線盒或PT匯控柜內(nèi)的繞組接線施加電壓，以便盡可能多地覆蓋接線。對第二繞組采取相同的操作，驗證第二繞組外圍線路是否正常。

2)對未施加電壓的繞組也應(yīng)從監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行檢查，確保無電壓值，以便排除線路混接的情況。

3)對開口三角繞組施加一定的電壓值，比如10 V，再從繼電保護(hù)盤柜對應(yīng)的信號接線端子測量電壓值，并與繼電保護(hù)測試儀上的外接零序電壓值進(jìn)行比對，三者數(shù)據(jù)應(yīng)一致；而其他未施加電壓的繞組不應(yīng)有電壓值。

3.2 投運后PT二次側(cè)回路的檢查

在運行檢修時，對PT二次側(cè)相關(guān)線路進(jìn)行仔細(xì)檢查，也可以排查出PT二次側(cè)開路、短路的問題：

1)對所有接入PT信號的監(jiān)控設(shè)備讀取二次側(cè)電壓參數(shù)，并與繼電保護(hù)盤柜內(nèi)接線端子上實測的電壓值進(jìn)行對比，這2個數(shù)值應(yīng)該一致。

2)正常情況下，開口三角電壓在1～5 V之間，如果數(shù)值是零，則很有可能是二次側(cè)有開路、短路情況發(fā)生，此時應(yīng)對二次側(cè)接線進(jìn)行細(xì)致地排查。

3)擊穿保險會在過壓時擊穿，擊穿后直接接地，此時回路中會多1個接地點。因此，要定期檢查擊穿保險是否被擊穿，避免因擊穿保險被擊穿造成的PT二次側(cè)兩點接地而引起的監(jiān)控系統(tǒng)誤報故障。

4 結(jié)論

本文對某光伏電站66 kV GIS設(shè)備的PT燒毀原因進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，此次66 kV GIS設(shè)備的PT燒毀故障原因是PT二次側(cè)開口三角短路造成的。

PT二次側(cè)接線多且連接復(fù)雜，二次側(cè)繞組不能短路，在設(shè)計、施工、檢修中稍有疏忽就容易出現(xiàn)問題，尤其是開口三角繞組，正常時二次側(cè)電壓非常小，因此故障隱蔽且潛伏時間長，容易誤判，排查難度高。

高壓側(cè)PT出現(xiàn)故障會造成整個光伏電站無法發(fā)電，導(dǎo)致出現(xiàn)重大的發(fā)電量損失。因此在光伏電站的建設(shè)期應(yīng)做好通電試驗，確保PT二次側(cè)信號正確無誤；在運維期內(nèi)，應(yīng)做好定期的檢修和排查，排除PT二次側(cè)線路故障，避免因PT二次側(cè)的線路錯誤造成PT故障而導(dǎo)致全電站停運，影響發(fā)電量。