一起非典型的10 kV母線單相接地故障分析

余衛(wèi)成，徐劍峰

（桐廬縣供電局，浙江 桐廬 311500）

10～35 kV不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)中，單相接地故障是發(fā)生頻次最高的故障。通常，10 kV單相接地故障通過試拉線路判斷具體故障線路，或帶電巡視查找故障點，在確定無線路接地情況后，可確認是母線接地。

下面介紹一起發(fā)生在桐廬供電局35 kV合村變的10 kV母線非典型單相接地故障的查找、處理及分析情況，供檢修人員及相關廠家參考。

1 故障情況

1.1 故障現(xiàn)象

某日，調(diào)度遙控拉開35 kV合村變10 kV怡合199線，調(diào)度人員隨即發(fā)現(xiàn)合村變10 kVⅡ段母線A相電壓降低為1.337 kV，B相電壓升高為9.755 kV，C相電壓升高為9.753 kV，3U0為48.8 V；同時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)報“10 kVⅡ段母線接地”。運行人員現(xiàn)場測量了10 kVⅡ段母線壓變二次電壓，其值與后臺機顯示相符。

合村變10 kV系統(tǒng)接線見圖1。故障前系統(tǒng)運行狀態(tài)：2號主變帶10 kVⅡ段母線，10 kV母分熱備用，怡合199線運行，2號電容器熱備用，備用197與198線冷備用。

圖1 合村變10 kV系統(tǒng)

此時，母線上僅有的運行線路已拉開，據(jù)此基本可以判斷為母線A相接地。

1.2 故障點查找

經(jīng)檢修人員現(xiàn)場檢查10 kVⅡ段母線及與其連接的所有設備，外觀均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。10 kVⅡ段母線、母線壓變、避雷器、所用變、2號主變10 kV開關、流變、母線橋、穿墻套管等設備的絕緣試驗合格。

但對2號電容器間隔的設備進行試驗時，發(fā)現(xiàn)2號電容器開關A相斷口的絕緣電阻為零，開關分閘狀態(tài)下A相斷口無法承受耐壓，動靜觸頭完全導通。而電容器組、電抗器、放電壓變、阻尼器、電纜、避雷器試驗正常。

更換2號電容器開關后，2號電容器處于熱備用狀態(tài)時，10 kVⅡ段母線電壓已恢復正常。

1.3 故障原因

故障開關型號為ZN63A-12（VS1），2008年1月出廠，故障發(fā)生時開關已動作723次。經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相滅弧室絕緣拉桿與輸出拐臂的連接螺帽已松動（如圖2所示），該螺帽松動后導致開關雖在斷開位置，但A相動靜觸頭并未分離。觀察發(fā)現(xiàn)，螺帽松動距離已經(jīng)超過10 mm，而此型開關的開距為9±1 mm。

圖2 2號電容器斷路器底面

2 故障原因分析

2.1 拉開怡合199線之前

從變電站監(jiān)控系統(tǒng)的SOE（狀態(tài)序列記錄）中可以查到，在拉開怡合199線的幾十個小時前，2號電容器開關就已經(jīng)處于分閘位置。從電容器斷開到怡合199線被拉開前一刻，系統(tǒng)一直未報Ⅱ段母線接地，但頻繁報“零序電壓越上限”，統(tǒng)計得出，從9時到13時總共報41次之多，但這期間變電站內(nèi)無任何操作；而且越臨近怡合199線拉開的一刻，報警的頻次越高。如此頻繁的報警，說明電容器開關A相動靜觸頭間的開距慢慢縮小，且已經(jīng)接近擊穿的臨界狀態(tài)。

如果電容器開關剛分閘時其A相的動靜觸頭沒有分開，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控系統(tǒng)應報母線接地，而事實上卻未報。分析如下：

A相動靜觸頭未分開的等效接線見圖3。

圖3 開關A相觸頭未分開的等效電路

圖3中的各支路可以作如下簡化：電纜及母線對地的等效電容CD極小，可忽略CD對地支路；球隙QR等效電容極小，可忽略QR與R對地支路；開關觸頭間的斷口等效電容CQF電容值極小，回路相當于開斷。可推測，在QR與R對地支路擊穿前，球隙兩端的電壓約為相電壓UA。球隙在此電壓下必定擊穿，監(jiān)控系統(tǒng)應報母線接地。因此，可以確定的是，電容器開關的A相在最近一次分閘時，動、靜觸頭確已分開，且有足夠的開距。

2.2 拉開怡合199線之后

在怡合199線開關分斷后經(jīng)過5.4 s，監(jiān)控系統(tǒng)報Ⅱ段母線接地。有母線接地故障時，監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)一定延時報母線接地信號。由此可以推斷，拉開怡合199線后電容器開關A相的動靜觸頭才相互接觸，從而處于導通狀態(tài)。

由于所采用的保護測控裝置無錄波功能，且當開關處于分閘位置時，該裝置并不采遙測量，所以不能從電容器開關的歷史曲線中查到A相的電流值。只能通過分析推理得出以下結論：

（1）電容器開關動作頻繁，而且受合閘彈跳與分閘彈振的影響，A相滅弧室絕緣拉桿與輸出拐臂的連接螺帽松動，或原本就沒有擰緊。多次的分合動作導致螺帽松動程度越來越大。雖然每次分閘時，A相動靜觸頭能夠分開，但它們之間的開距卻越來越小，使三相電壓不平衡加劇，監(jiān)控系統(tǒng)開始報零序電壓越限。

（2）雖然螺帽已經(jīng)松動且不足以拉夠開距，卻依然能夠靠拐臂與螺桿的摩擦力來分斷。但分斷的開距已經(jīng)縮小了L1，如圖4所示。L1較大時，就有可能導致三相不平衡電壓較大，以致報零序電壓越限。經(jīng)查，受力點處的螺紋有來回摩擦、受力的痕跡，見圖5。

圖4 分閘狀態(tài)時螺帽松動示意

圖5 拆下的絕緣拉桿

（3）真空開關的觸頭有自閉力，這是開關合閘原動力的一部分。怡合199線開關柜與2號電容器開關柜的直線距離僅為3.2 m。怡合199線開關分閘時的振動，導致拐臂在受力點處一時之間不再對螺桿有摩擦力，或摩擦力減小到不足以抵消自閉力時，即使沒有合閘彈簧的作用，絕緣拉桿還是會向合的方向運動。動靜觸頭之間的距離越近，觸頭的自閉力也會越大。

（4）零序電壓頻繁越限說明，動靜觸頭距離已經(jīng)較近，引起間歇性擊穿。擊穿電流的存在致使三相電壓不平衡，達到一定程度引起監(jiān)控系統(tǒng)報3U0越限。

隨著這個螺帽松動的加劇，接地故障遲早會發(fā)生。比如在電容器開關剛分閘時，動靜觸頭就未分開，此時就發(fā)生接地故障。

3 結語

這起接地故障的主要原因是拐臂與絕緣拉桿之間固定的螺帽松動，由此引起的故障卻關聯(lián)到多個部門。

（1）螺帽在開關機構內(nèi)部，檢修人員日常檢修時要發(fā)現(xiàn)有一定的難度。由于電壓合格率考核嚴格，電容器開關動作頻繁，建議在一定開關動作次數(shù)后進行全面檢修、試驗。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)在短時間內(nèi)頻繁報零序電壓越限時，調(diào)度、運行人員，就應該視為異常情況，加以重視并及時通知檢修人員，根據(jù)情況加以分析、判斷。

（3）為防止同類故障再次發(fā)生，建議設備廠家對類似螺帽采取防止松動措施?？梢钥紤]雙螺帽或卡簧固定或改進拐臂與絕緣拉桿之間的固定方式改進。

此次接地故障發(fā)生在負荷很小的母線上，唯一的1條運行線路也已經(jīng)斷開。如果多條線路運行，母線停役將喪失不少負荷，且影響用電可靠率等指標的考核。運行、調(diào)度人員應對零序電壓頻繁越限引起足夠重視，生技、檢修人員應結合負荷、運行方式、設備運行情況進行綜合分析，及時有效地采取措施，以防止由設備異常擴大為故障。

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