基于故障信息的異地接地短路故障辨識(shí)與分析

耿東勇 趙桂娟

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)供電分公司，山西 晉城 048006）

在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相之間的線電壓保持對(duì)稱，允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間[1]。由于單相接地后健全相電壓升高，在絕緣薄弱處可能因電壓升高而被擊穿放電，形成不同地點(diǎn)的兩點(diǎn)接地短路[2]。筆者對(duì)一起小電流接地系統(tǒng)故障實(shí)例的故障錄波圖、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)及保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行分析，得出因單相接地，引發(fā)二相異地接地短路，最終形成三相異地接地短路的事故原因；通過(guò)對(duì)異地短路原因的分析和驗(yàn)證，提出了相應(yīng)整改措施和建議。

1 事故簡(jiǎn)述

9月6日，某區(qū)域陰有小雨。11時(shí)51分，某110kV 變電站521 出線柜發(fā)生故障導(dǎo)致35kV 西母失電事故。某110kV 變電站一次系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 某110kV 變電站一次系統(tǒng)圖

事故后供電單位組織高校、科研單位及廠家的技術(shù)人員，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、錄波數(shù)據(jù)分析、拆卸查看等技術(shù)手段，形成事故分析報(bào)告如下。

事故發(fā)生時(shí)刻：9月6日11時(shí)51分28秒999毫秒（將此時(shí)刻作為事故起始0ms）；

1）0ms：521 出線柜負(fù)荷側(cè)B 相CT 發(fā)生單相接地故障。

2）18ms：513 線路C 相發(fā)生單相高阻接地，形成二相異地接地短路故障。

3）30ms：513 線路A 相發(fā)生單相高阻接地，形成三相異地接地短路故障。

4）45ms：521 出線柜母線側(cè)A 相CT 發(fā)生單相接地故障，短路電流加大。

5）75ms：521 出線柜母線側(cè)CT 形成三相電弧短路故障，同時(shí)513 線路接地故障消除。

6）107ms：521 出線柜保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘結(jié)束。

7）1901ms：母聯(lián)500 開(kāi)關(guān)跳閘，東母供電恢復(fù)正常。

8）2180ms：1#主變501 開(kāi)關(guān)跳閘，西母停電。

2 事故詳細(xì)分析

2.1 B 相單相接地階段（0～18ms）

521 出線柜負(fù)荷側(cè)B 相CT 發(fā)生單相接地故障，判斷依據(jù)如下：

1）根據(jù)故障錄波圖（如圖2所示）兩條豎線之間波形判斷。

B 相二次相電壓下降到35.3V（61%），A 相電壓上升為112.8V，C 相電壓上升為88.5V，符合B相接地故障特征。

521 線路B 相出現(xiàn)尖峰，符合電容電流流過(guò)特征。

2）根據(jù)事故后勘察現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)521 出線柜負(fù)荷側(cè)B 相CT 下部出現(xiàn)裂縫（如圖3所示），為典型擊穿接地特征，負(fù)荷側(cè)A、C 相CT 絕緣則只有下降。如表1所示。

表1 521 出線柜負(fù)荷側(cè)CT 絕緣數(shù)據(jù)

3）根據(jù)視頻監(jiān)控顯示首先在柜下部出現(xiàn)弧光。

圖2 521 出線柜負(fù)荷側(cè)CT-B 相接地階段

圖3 521 出線柜負(fù)荷側(cè)B 相CT

2.2 BC 兩相異地接地短路階段（18～30ms）

由于B 相接地導(dǎo)致A、C 兩相電壓升高，出現(xiàn)513 線路C 相發(fā)生單相高阻接地故障，形成B、C兩相異地接地短路。此時(shí)513 的C 相及521 的B 相流過(guò)兩相接地短路電流，B、C 兩相電壓下降至較低值（B 相二次相電壓降至3%，C 相二次相電壓降至40%），如圖4所示。

2.3 ABC 三相異地接地短路階段（30～45ms）

由于B、C 相接地導(dǎo)致513 線路A 相發(fā)生單相接地故障，形成A、B、C 三相異地接地短路。此時(shí)513 的A、C 相及521 的B 相流過(guò)接地短路電流，A、B、C 三相電壓下降至較低值（A 相降至1.7V，B相降至1V，C 相電壓降至20V），如圖5所示。

圖5 ABC 三相異地接地短路階段

2.4 三相異地接地短路階段（45～75ms）

三相接地過(guò)程中引發(fā)的過(guò)電壓引發(fā)521 母線側(cè)A 相CT 發(fā)生擊穿，加劇了三相短路的短路電流。此時(shí)A 相存在513、521 母線CT 兩個(gè)接地點(diǎn)，B 相為521 負(fù)荷側(cè)CT 接地，C 相為513 接地，如圖6、圖7所示。

圖6 521 柜母線側(cè)A 相CT 擊穿三相短路階段（母線側(cè)CT 錄波）

圖7 521 柜母線側(cè)A 相CT 擊穿三相短路階段（負(fù)荷側(cè)CT 錄波）

事故后勘察發(fā)現(xiàn)，521 柜母線側(cè)A 相CT 損壞嚴(yán)重，出現(xiàn)下部擊穿現(xiàn)象，監(jiān)控錄像可看到A 相擊穿，如圖8、圖9、圖10所示。

圖8 事故視頻監(jiān)控截圖

圖9 521 柜母線側(cè)A 相CT 構(gòu)架

圖10 521 柜母線側(cè)A 相CT 殼體

2.5 521 柜母線側(cè)CT 電弧短路階段（75～2180ms）

521 柜內(nèi)母線側(cè)CT 由于三相接地短路過(guò)程中出現(xiàn)的電弧及引發(fā)的接地過(guò)電壓，導(dǎo)致521 母線側(cè)CT弧光短路并相繼對(duì)地?fù)舸?，形成了西母線三相弧光短路。同時(shí)由于521 柜內(nèi)母線側(cè)CT 相繼擊穿，起到接地引流效果，導(dǎo)致513 接地自恢復(fù)，如圖11所示。

圖11 521 柜母線側(cè)CT 電弧短路階段（母線側(cè)CT 錄波）

事故后勘察發(fā)現(xiàn)521 出線柜母線側(cè)B、C 相CT出現(xiàn)絕緣下降現(xiàn)象。521 出線柜母線側(cè)CT 絕緣數(shù)據(jù)如表2所示，現(xiàn)場(chǎng)CT 如圖12、圖13所示。

表2 521 出線柜母線側(cè)CT 絕緣數(shù)據(jù)

圖12 521 出線柜 母線側(cè)B 相CT

圖13 521 出線 柜母線側(cè)C 相CT

事故后勘察發(fā)現(xiàn)，521 柜母線側(cè)CT 一次銅棑、隔板均出現(xiàn)橫向和縱向拉弧痕跡，C 相出現(xiàn)對(duì)柜壁放電現(xiàn)象，如圖14、圖15所示。

圖15 CT 對(duì)柜壁 放電，造成柜壁擊穿

在該階段，521 柜內(nèi)斷路器動(dòng)作，如圖16所示。

圖16 521 柜母線側(cè)CT 電弧短路階段（負(fù)荷側(cè)CT 錄波）

3 保護(hù)動(dòng)作分析

3.1 開(kāi)關(guān)保護(hù)整定

1）主變低后備保護(hù)：35kV 側(cè)CT 變比：800/5，保護(hù)配置及定值如表3所示。

2）513出線柜保護(hù)：CT 變比：600/5，保護(hù)配置及定值如表4所示。

3）521出線柜保護(hù)：CT 變比：30/5，保護(hù)配置及定值如表5所示。

表3 主變低后備保護(hù)配置及定值

表4 513 出線柜保護(hù)配置及定值

表5 521 出線柜保護(hù)配置及定值

3.2 保護(hù)跳閘情況分析

1）以單相接地事故發(fā)生時(shí)刻：9月6日11時(shí)51分28秒999 毫秒（將此時(shí)刻作為事故起始0ms）。

2）107ms：521 出線柜過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘結(jié)束。

3）1901ms：1#、2#主變低后備復(fù)壓過(guò)流Ⅲ段動(dòng)作，母聯(lián)500 開(kāi)關(guān)跳閘，東母供電恢復(fù)正常。

4）2188ms：1#主變低后備復(fù)壓過(guò)流Ⅳ段動(dòng)作，501 開(kāi)關(guān)跳閘，西母停電。

3.3 保護(hù)起動(dòng)情況分析

1）513保護(hù)先于521 保護(hù)13ms 起動(dòng)，但未達(dá)時(shí)間整定值，未跳閘。

2）1#、2#主變同時(shí)起動(dòng)，跳開(kāi)母聯(lián)后，2#主變保護(hù)返回。

4 結(jié)論

35kV 系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，單相接地本不足以影響變電站運(yùn)行[5]。本文對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行了初步的分析，本次事故為521 柜負(fù)荷側(cè)B 相CT 絕緣擊穿，引發(fā)513 線路C 相和A 相先后出現(xiàn)高阻接地，導(dǎo)致513 線路先后出現(xiàn)兩相、三相異地接地短路故障，521 柜母線側(cè)A 相CT 絕緣擊穿，最終導(dǎo)致521 柜內(nèi)母線側(cè)CT 短路，引發(fā)母線短路。110kV 變電站各繼電保護(hù)動(dòng)作正確。

建議供電單位核查同批次CT 絕緣，檢查110kV變電站各線路絕緣薄弱環(huán)節(jié)，運(yùn)行中重點(diǎn)監(jiān)控。對(duì)110kV 變電站設(shè)備加強(qiáng)試驗(yàn)，清洗浮塵。使用紅外成像儀檢測(cè)運(yùn)行電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣故障。調(diào)整運(yùn)行方式，縮小事故后的影響范圍。加強(qiáng)內(nèi)部管理，深化安全技術(shù)會(huì)診和隱患排查工作。

[1] 張國(guó)良,許建安. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)兩點(diǎn)異地接地距離保護(hù)探析[J]. 水電能源科學(xué),2010(9).

[2] 許建安. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)兩點(diǎn)異地接地及故障點(diǎn)位置判別[J].水電能源科學(xué),2008(10).

[3] 馬杰,李磊,李乃永,等.基于故障信息的高阻接地故障辨識(shí)與定位方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013(6).

[4] 李明偉,呂丞.小電流接地系統(tǒng)異地點(diǎn)兩點(diǎn)接地短路分析[J]. 黑龍江科技信息,2012(7).

[5] 黎華,黃金.220kV 變電站低壓側(cè)電流互感器爆炸實(shí)例分析[J].電氣開(kāi)關(guān),2012(1).