劉祚宇，馬佳藝，袁 林，范景博

(1.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.沈陽(yáng)電能建設(shè)集團(tuán)有限公司聯(lián)發(fā)設(shè)計(jì)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000；3.國(guó)網(wǎng)盤(pán)錦供電公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

1 系統(tǒng)及設(shè)備概述

東北地區(qū)某220 kV變電站，共有220 kV、66 kV和10 kV 3個(gè)電壓等級(jí)。220 kV系統(tǒng)接線(xiàn)方式為線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)，66 kV和10 kV系統(tǒng)接線(xiàn)方式均為單母線(xiàn)分段，66 kV系統(tǒng)分兩段母線(xiàn)，10 kV系統(tǒng)分四段母線(xiàn)。變電站內(nèi)共有三繞組主變壓器(以下稱(chēng)主變)2臺(tái)，接線(xiàn)方式為Y0/Δ/Y-12/11/10型。其中10 kV低壓側(cè)為星型接線(xiàn)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，屬于小電流接地系統(tǒng)。每臺(tái)主變低壓側(cè)均帶兩段10 kV母線(xiàn)運(yùn)行。本次故障的10 kV甲線(xiàn)路連接在10 kV系統(tǒng)Ⅳ段母線(xiàn)上，由2號(hào)主變供電。2臺(tái)主變低壓側(cè)中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈均配置隔離開(kāi)關(guān)和跌落式熔斷器。跌落式熔斷器型號(hào)為L(zhǎng)BUII-12/200-12.5，是ABB公司2005年產(chǎn)品，于2005年隨消弧線(xiàn)圈投運(yùn)。為保護(hù)消弧線(xiàn)圈，安裝此熔斷器。

2 故障情況

2020年12月30日11：22，該220 kV變電站10 kV甲線(xiàn)路發(fā)生B相單相接地故障。單相接地故障發(fā)生時(shí)，變電站內(nèi)2號(hào)主變的消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)電流，熔斷器被燒毀(現(xiàn)場(chǎng)熔斷器熔絲燒斷，上口瓷瓶碎裂，瓷瓶落地，熔斷器鉛絲管墜落，連接至熔斷器的電纜頭懸空，熔斷器下方地面可見(jiàn)碎裂瓷瓶)，如圖1所示。隨后，變電站內(nèi)小電流選線(xiàn)裝置動(dòng)作，切除故障線(xiàn)路。

圖1 10 kV消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)事故現(xiàn)場(chǎng)圖像

根據(jù)該變電站負(fù)荷情況，選擇變壓器負(fù)荷較輕時(shí)段開(kāi)展搶修工作。30日20：00，2號(hào)主變停電處理?yè)p壞熔斷器，未造成負(fù)荷損失。

3 故障分析

事故搶修工作結(jié)束后，二次檢修人員到達(dá)該220 kV變電站，通過(guò)故障錄波圖分析等手段，對(duì)這起事故發(fā)生過(guò)程及原因展開(kāi)探究。

3.1 消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)過(guò)電流成因分析

檢修人員通過(guò)調(diào)取2號(hào)主變的故障錄波器內(nèi)波形圖進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)10 kV甲線(xiàn)路發(fā)生B相單相接地故障時(shí)，2號(hào)主變10 kV側(cè)中性點(diǎn)B相也出現(xiàn)較大短路電流，經(jīng)計(jì)算一次側(cè)峰值約為12 kA，持續(xù)時(shí)間約為0.85 s，如圖2所示。正是該短路電流造成消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)熔斷器燒損。

(a)故障電流出現(xiàn)

(b)0.85 s后故障電流消失圖2 2號(hào)主變10 kV中性點(diǎn)電流故障錄波圖

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，屬于小電流接地方式[1-3]，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線(xiàn)路及中性點(diǎn)處接地電流應(yīng)被有效抑制為較小數(shù)值，約為幾安培至幾百安培的水平[4-5]。而在本次事故中，中性點(diǎn)接地短路電流達(dá)到約12 kA，即中性點(diǎn)電流互感器額定電流的3～4倍，屬于不正?，F(xiàn)象。

檢修人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變1 kV消弧線(xiàn)圈處，連接至熔斷器的電纜頭絕緣處理施工質(zhì)量較低，而且現(xiàn)場(chǎng)在電纜頭處，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)金屬支架有放電痕跡，如圖3所示?？紤]到消弧線(xiàn)圈及熔斷器投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、電纜頭絕緣水平不高，檢修人員判斷消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)過(guò)電流產(chǎn)生原因是在故障發(fā)生前，2號(hào)主變10 kV系統(tǒng)的消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)已通過(guò)熔斷器電纜頭附近的金屬支架接地，成為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。因此，10 kV甲線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，同其他大電流接地系統(tǒng)類(lèi)似，10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)處也會(huì)流過(guò)較大的故障短路電流[6]。0.85 s后，該故障電流將熔斷器燒損，熔斷器斷開(kāi)后，中性點(diǎn)處故障電流消失。

圖3 2號(hào)主變10 kV消弧線(xiàn)圈電纜頭處放電痕跡

3.2 相關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析

10 kV甲線(xiàn)路配置有三段式過(guò)流保護(hù)[7]，其中過(guò)電流Ⅰ段保護(hù)一次側(cè)電流定值為2.4 kA，時(shí)限為零。甲線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障的相別為B相，該變電站所有10 kV線(xiàn)路的電流互感器采用不完全星型接線(xiàn)方式，B相均未安裝電流互感器，線(xiàn)路保護(hù)無(wú)法感受到短路電流[8]。因此雖然消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)過(guò)電流存在過(guò)程中線(xiàn)路上的短路電流大小已超過(guò)整定值，甲線(xiàn)路的過(guò)電流Ⅰ段保護(hù)并沒(méi)有動(dòng)作。

由于中性點(diǎn)處短路電流存在，而且無(wú)法依靠線(xiàn)路保護(hù)切斷該短路電流，因此2號(hào)主變的低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流后備保護(hù)啟動(dòng)[9]。主變低壓側(cè)后備保護(hù)電流定值為6 kA，時(shí)限定值為1.1 s，熔斷器在0.85 s斷開(kāi)后使故障電流消失，低壓側(cè)后備保護(hù)返回，并未動(dòng)作，如圖4所示。可見(jiàn)，如果短路電流未燒損熔斷器，短路電流的大小及存在時(shí)長(zhǎng)均達(dá)到限值，且由于接地故障時(shí)主變B相電壓降低，滿(mǎn)足復(fù)壓解閉鎖條件[10-11]，因此將造成2號(hào)主變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作，由2號(hào)主變供電的10 kV線(xiàn)路將會(huì)全部失電，從而擴(kuò)大事故停電范圍，發(fā)生保護(hù)越級(jí)跳閘事件[12]。

圖4 2號(hào)主變低壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)

熔斷器斷開(kāi)后，中性點(diǎn)處接地點(diǎn)也相應(yīng)斷開(kāi)，2號(hào)主變10 kV系統(tǒng)變?yōu)橹行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)。由于10 kV甲線(xiàn)路的B相接地故障仍然存在，10 kV系統(tǒng)B相母線(xiàn)電壓明顯降低；A相和C相電壓升高至接近系統(tǒng)線(xiàn)電壓[13]，波形出現(xiàn)畸變，如圖5所示。9 s后小電流選線(xiàn)裝置正確動(dòng)作切除故障線(xiàn)路，系統(tǒng)恢復(fù)正常，如圖6所示。

圖5 10 kV系統(tǒng)母線(xiàn)電壓波形

圖6 小電流選線(xiàn)裝置正確動(dòng)作

4 防事故措施

本次事故暴露出消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)電纜頭絕緣措施施工工藝不到位的問(wèn)題，造成中性點(diǎn)熔斷器被短路電流燒毀，嚴(yán)重影響了電力生產(chǎn)安全秩序，同時(shí)還有擴(kuò)大事故影響范圍的風(fēng)險(xiǎn)。為防止發(fā)生類(lèi)似事故，考慮采取如下措施。

a．針對(duì)該地區(qū)三繞組變壓器，考慮避免在主變?nèi)蝹?cè)中性點(diǎn)直接接入消弧線(xiàn)圈，盡量選擇在10 kV母線(xiàn)上通過(guò)接地變接入消弧線(xiàn)圈，減少因10 kV中性點(diǎn)設(shè)備異?；蚬收系陌l(fā)生，或造成改變系統(tǒng)運(yùn)行方式、擴(kuò)大事故影響范圍等情況。

b．針對(duì)重要地區(qū)及用戶(hù)供電的10 kV線(xiàn)路，考慮采用完全星型接線(xiàn)的電流互感器接線(xiàn)方式，能夠反映各種相間及接地故障電流，提升線(xiàn)路保護(hù)的靈敏性。

c．基建工程的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)收人員必須遵循工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。同時(shí)，加快淘汰在運(yùn)的各類(lèi)老舊設(shè)備，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

d．組織開(kāi)展小電流選線(xiàn)裝置[14]動(dòng)作準(zhǔn)確率的統(tǒng)計(jì)工作，在提高小電流選線(xiàn)裝置準(zhǔn)確性的前提下，研究分析小電流選線(xiàn)裝置取代消弧線(xiàn)圈接線(xiàn)方式的可行性。