高壓供配電系統(tǒng)PT故障的探析及反思

何菊連

（寧夏廣播電視臺(tái)，銀川 750004）

2016年我臺(tái)進(jìn)行改擴(kuò)建工程，在機(jī)房、綜合樓等基礎(chǔ)設(shè)施重建的同時(shí)，按照國(guó)家新聞出版廣電總局62號(hào)令的實(shí)施細(xì)則規(guī)定，更新改造了高低壓供配電系統(tǒng)、信號(hào)分配調(diào)度系統(tǒng)、發(fā)射及天饋線(xiàn)系統(tǒng)等。

1 系統(tǒng)介紹

新設(shè)計(jì)的高低壓供配電系統(tǒng)，高壓和低壓均采用母聯(lián)備投模式，即兩路電源正常時(shí)各自獨(dú)立工作，單母線(xiàn)分段運(yùn)行；單路停電時(shí)母聯(lián)自投不自復(fù)，人工復(fù)位。為避免高低壓供配電系統(tǒng)在單路供電時(shí)同時(shí)動(dòng)作，設(shè)備正常運(yùn)行后我們將高壓系統(tǒng)的“母聯(lián)備投”設(shè)置為“自動(dòng)”，低壓系統(tǒng)的“母聯(lián)備投” 設(shè)置為“手動(dòng)”，只有在單臺(tái)變壓器帶動(dòng)全臺(tái)負(fù)荷的特殊情況下操作低壓母聯(lián)。如圖1所示，高壓柜的柜體為KYN28A-12型鎧裝移開(kāi)式戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜，其中AH1、AH12為隔離、PT（電壓互感器）柜，AH2、AH11為工作電源進(jìn)線(xiàn)柜，AH3、AH10為專(zhuān)用計(jì)量柜，AH4、AH5、AH9、AH8為變壓器出線(xiàn)柜，AH6 聯(lián)絡(luò)柜，AH7為提升柜。

圖1 高壓供配電一次系統(tǒng)圖

2 故障現(xiàn)象

2016年11月初，各項(xiàng)功能測(cè)試及保護(hù)測(cè)試順利完成后新系統(tǒng)運(yùn)行一切正常。但2017年6月后每次I 段、II段“母聯(lián)備投”時(shí)斷電側(cè)PT的6.3A 3P空開(kāi)均跳閘，“母聯(lián)備投”后必須重合空開(kāi)。后將6.3A 3P 空開(kāi)更換為63A 3P空開(kāi)，表面上看似解決了空開(kāi)跳閘問(wèn)題，實(shí)則為后續(xù)運(yùn)行埋下隱患。

2018年6月上旬，I I段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)的B相在中午出現(xiàn)閃斷（類(lèi)似弧光接地），開(kāi)始不頻繁，偶爾一兩次，這種現(xiàn)象雖然被馬上發(fā)現(xiàn)但未引起足夠重視，在粗略檢查臺(tái)內(nèi)設(shè)備和臺(tái)外17千米架空電纜、4.2千米地埋電纜，沒(méi)發(fā)現(xiàn)可疑故障點(diǎn)后，隨即決定先臺(tái)內(nèi)、后臺(tái)外逐塊詳細(xì)排查。6月下旬利用周二下午停播期間，檢查II段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)的入戶(hù)跌落保險(xiǎn)，16時(shí)32分II段母線(xiàn)的AH12隔離、PT柜冒煙（錄像拍下時(shí)間，當(dāng)時(shí)檢修員都在戶(hù)外），濃煙隨即被排風(fēng)扇排走，16時(shí)50分值班員巡機(jī)，聞到異味后立即通知戶(hù)外檢修員，共同查找異味點(diǎn)，但因播出在即，沒(méi)徹底斷電并檢查高壓柜內(nèi)各艙室。18時(shí)40分I段母線(xiàn)的AH1隔離、PT柜冒煙，隨即高壓柜面板指示燈全部熄滅，手動(dòng)操作全部失靈。高壓供配電一次系統(tǒng)運(yùn)行正常，沒(méi)有受二次系統(tǒng)故障波及。

事故發(fā)生后，檢修員一是立即切斷直流屏給高壓配電柜的所有供電（合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)電源已跳閘，只切斷柜內(nèi)照明、加熱電源）；二是手搖AH6 聯(lián)絡(luò)柜上用于“母聯(lián)”的高壓真空斷路器手車(chē)到實(shí)驗(yàn)位置，二次系統(tǒng)故障已造成一次系統(tǒng)失去保護(hù)，防止誤操作導(dǎo)致兩路外電“意外相撞”；三是先后手搖出AH1、AH12隔離、PT柜內(nèi)的PT手車(chē)到實(shí)驗(yàn)位置，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

后查明，II段母線(xiàn)內(nèi)AH12隔離、PT柜的B相PT 損壞，I I段二次系統(tǒng)的合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)與三臺(tái)PT的五根輸出線(xiàn)粘連（A、B、C、N，L）；I段母線(xiàn)AH1隔離、PT柜內(nèi)的A、B、C三相PT全部損壞，I段二次系統(tǒng)的合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)及各類(lèi)保護(hù)線(xiàn)等幾十根線(xiàn)纜與三臺(tái)PT的五根輸出線(xiàn)（A、B、C、N，L）全部燒到了一起，無(wú)一根好線(xiàn)，PT柜的航空插頭及保護(hù)軟管受損嚴(yán)重。

在多次檢查，確認(rèn)高壓供配電二次系統(tǒng)故障不會(huì)影響一次系統(tǒng)的正常運(yùn)行后，決定對(duì)II段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)全線(xiàn)停電檢修，將懷疑有問(wèn)題的設(shè)備全部更換。線(xiàn)路更換避雷器4組、高壓隔離開(kāi)關(guān)1組，地埋和電纜溝內(nèi)的高壓電纜全部打壓，逐桿緊固螺桿螺母，檢修扎線(xiàn)、拉線(xiàn)、磁瓶、接地線(xiàn)、引流線(xiàn)及防雨線(xiàn)夾等。檢修完成后重新合閘，發(fā)現(xiàn)午間閃斷的現(xiàn)象依然存在，并且隨著溫度升高頻次增加。此時(shí)II段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)惟一沒(méi)動(dòng)的就是2號(hào)桿的10kV戶(hù)外真空分界開(kāi)關(guān)，之前檢查該開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程遙控?cái)嗪喜僮髡?，控制器無(wú)故障信息和報(bào)警記錄，外觀無(wú)異狀。在對(duì)真空開(kāi)關(guān)完成引流短接后，閃斷消失，至此困擾我臺(tái)兩個(gè)月的午間外電閃斷故障最終得以排除。外線(xiàn)檢修期間II段母線(xiàn)低壓側(cè)的電壓也曾數(shù)次莫名升高，幾臺(tái)比較靈敏的穩(wěn)壓器電壓由390V/390V/390V變?yōu)?70V/420V/470V，瞬間恢復(fù)正常。

3 故障探析

高壓供配電二次系統(tǒng)故障，主要有三個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明：一是II段母線(xiàn)外線(xiàn)午間閃斷的原因；二是II 段母線(xiàn)AH12隔離、PT柜及二次系統(tǒng)故障的原因；三是I段母線(xiàn)AH1隔離、PT柜及二次系統(tǒng)故障的原因。上述三個(gè)問(wèn)題相輔相成且相互關(guān)聯(lián)，只有逐次分析才能在較深層面了解故障產(chǎn)生的原因及過(guò)程。

（1）II段母線(xiàn)外線(xiàn)午間閃斷的原因。經(jīng)設(shè)備生產(chǎn)商檢查，10kV戶(hù)外真空分界開(kāi)關(guān)的控制器（控制電路）正常，沒(méi)有因控制器誤發(fā)操作指令而導(dǎo)致真空開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作的可能，即使有發(fā)操作指令，也是三相同時(shí)動(dòng)作，B相不可能單獨(dú)動(dòng)作；初步判斷午間瞬間閃斷的主要原因是戶(hù)外真空分界開(kāi)關(guān)真空艙的B相打火所致，是什么原因?qū)е職鉁厣吆箝g歇打火（弧光接地），需要返廠(chǎng)檢修并查明原因。該廠(chǎng)設(shè)備此前從未發(fā)生類(lèi)似故障，這也是之前幾次檢查一直沒(méi)有懷疑10kV戶(hù)外真空分界開(kāi)關(guān)產(chǎn)生故障的原因。至于低壓側(cè)電壓的瞬間升高，是由于B相打火（弧光接地）導(dǎo)致非故障的A、C相對(duì)地電壓瞬間升高到線(xiàn)電壓（UL），但系統(tǒng)的線(xiàn)電壓保持不變。

（2）II段母線(xiàn)AH12隔離、PT柜及二次系統(tǒng)故障的原因。中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)中，在單相接地（打火、弧光接地）等故障的激發(fā)下，系統(tǒng)可能出現(xiàn)諧振，既而導(dǎo)致PT鐵芯出現(xiàn)過(guò)飽和，PT的輸出電壓或其中通過(guò)的電流突然異常上升，使設(shè)備絕緣擊穿甚至爆炸等。本次事故中，II段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)B相打火（弧光接地），導(dǎo)致A、C相電壓瞬間跳變，AH12 隔離、PT柜輸入電壓隨外線(xiàn)電壓同時(shí)發(fā)生跳變，過(guò)電壓造成PT鐵芯飽和，線(xiàn)圈電感下降，形成鐵磁諧振，諧振過(guò)電壓以及諧振回路大電流導(dǎo)致PT時(shí)常處于過(guò)熱狀態(tài)。尤其是周二下午檢查II段母線(xiàn)10kV外線(xiàn)入戶(hù)跌落保險(xiǎn)時(shí)，短時(shí)間的頻繁斷合再次導(dǎo)致鐵磁諧振，最終使B相PT過(guò)熱損壞。由于之前將PT輸出6.3A 3P空開(kāi)更換為63A 3P空開(kāi)，導(dǎo)致鐵磁諧振期間B相PT輸出在“大電壓、過(guò)電流”情況下沒(méi)有斷開(kāi)，五根發(fā)熱的PT輸出線(xiàn)熔化自身外皮的同時(shí)也將與之孔扎在一起的合閘及控制母線(xiàn)的外皮熔化，形成九線(xiàn)（+HM、-HM、+KM、-KM）的外絕緣片粘連。由于I I段二次系統(tǒng)合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)外絕緣片的損壞，形成一定阻抗的對(duì)地連接，為I段母線(xiàn)AH1隔離、PT柜及二次系統(tǒng)故障埋下隱患。

（3）I段母線(xiàn)AH1隔離、PT柜及二次系統(tǒng)故障的原因。在當(dāng)日16時(shí)32分至18時(shí)40分的時(shí)間段內(nèi)，高壓供配電二次系統(tǒng)I段、II段的合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)形成一定阻抗的對(duì)地連接，線(xiàn)纜始終處于發(fā)熱狀態(tài)。在I段發(fā)熱造成與之孔扎在一起的PT輸出線(xiàn)外絕緣皮熔化，因?yàn)榕cII段相同的原因，PT輸出短路后輸出空開(kāi)并沒(méi)有斷開(kāi)，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大，最終AH1隔離、PT柜內(nèi)三臺(tái)PT全部損壞，二次系統(tǒng)合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)及各類(lèi)保護(hù)線(xiàn)等幾十根線(xiàn)纜全部燒到了一起，PT柜的航空插頭及保護(hù)軟管受損嚴(yán)重。直流屏的合閘母線(xiàn)、控制母線(xiàn)空開(kāi)也在PT輸出短路時(shí)跳閘，造成高壓柜面板指示燈全部熄滅，手動(dòng)操作全部失靈。

4 故障檢修

因?yàn)橐２コ?，高壓供配電二次系統(tǒng)故障恢復(fù)及PT更換采用I段、II段分段進(jìn)行的方針，兩段完成后再在周二下午停機(jī)檢修時(shí)段將兩段10kV外線(xiàn)同時(shí)停電后集中進(jìn)行測(cè)試。

I I段AH12柜損傷較小。一是全部更換了PT手車(chē)上的三臺(tái)PT（兩臺(tái)沒(méi)有損壞的PT留作備份）；二是更換了PT柜航空插頭到儀器艙的四根合閘母線(xiàn)（+HM、-HM）、控制母線(xiàn)（+KM、-KM）及五根PT 輸出線(xiàn)。I段AH1柜損傷較大。一是全部更換了PT 手車(chē)上的三臺(tái)PT；二是更換了PT手車(chē)的公、母航空插頭及保護(hù)軟管；三是更換了AHI柜儀器艙、電纜艙、PT手車(chē)、隔離手車(chē)間的全部線(xiàn)纜。此外，AH1、AH12柜的PT輸出空開(kāi)由63A 3P空恢復(fù)成出廠(chǎng)的6.3A 3P空開(kāi)；同時(shí)更換AH6柜四根粘連在一起的合閘母線(xiàn)和控制母線(xiàn)。

周二停播時(shí)段，完成兩路停電后首先恢復(fù)直流屏的供電，高壓柜面板上的指示燈點(diǎn)亮，對(duì)所有手車(chē)位置逐次進(jìn)行測(cè)試，狀態(tài)顯示正常，將AH2、AH11柜的高壓真空斷路器手車(chē)搖至工作位置后，操作高壓柜上分合閘開(kāi)關(guān)進(jìn)行合閘動(dòng)作，無(wú)法合閘（失電跳閘）；其次檢查各項(xiàng)安全措施，同時(shí)確保AH6柜的高壓真空斷路器手車(chē)處于試驗(yàn)位置后，恢復(fù)I段母線(xiàn)的10kV供電，此時(shí)AH1柜電壓儀表指示正常，跳線(xiàn)排上各點(diǎn)電壓正常，再次對(duì)AH2柜的高壓真空斷路器進(jìn)行合閘動(dòng)作，合閘成功；第三檢查各項(xiàng)安全措施，同時(shí)確保AH6柜的高壓真空斷路器手車(chē)處于試驗(yàn)位置后，恢復(fù)II段母線(xiàn)的10kV供電，此時(shí)AH12柜電壓儀表指示正常，跳線(xiàn)排上各點(diǎn)電壓正常，再次對(duì)AH11柜的高壓真空斷路器進(jìn)行合閘動(dòng)作，合閘成功；第四將AH2、AH11柜內(nèi)的高壓真空斷路器斷開(kāi)，將手車(chē)搖到試驗(yàn)位置后，分別對(duì)AH2、AH6、AH11的高壓真空斷路器進(jìn)行合閘測(cè)試，三臺(tái)高壓真空斷路器同時(shí)只有兩臺(tái)合閘成功。

至此高壓供配電二次系統(tǒng)及PT故障恢復(fù)正常，檢修工作完成。

5 故障反思

這次故障的發(fā)生，確實(shí)發(fā)人深思。

一是對(duì)高壓供配電的一次、二次系統(tǒng)了解不多，理論掌握不夠，設(shè)備僅僅停留在操作階段。事故后我們加強(qiáng)原理培訓(xùn)，強(qiáng)化應(yīng)急操作流程，確保值檢人員在設(shè)備故障時(shí)處置得當(dāng)。此外凡是遇到外線(xiàn)頻繁閃斷、高壓側(cè)熔斷器連續(xù)熔斷二次、PT引線(xiàn)端子松動(dòng)過(guò)熱、柜內(nèi)出現(xiàn)放電異音或噪聲、發(fā)出臭味或冒煙、溢油等情況后立即將PT手車(chē)退出運(yùn)行狀態(tài)。

二是不可隨意變更二次系統(tǒng)空開(kāi)的出廠(chǎng)標(biāo)定值，如將PT輸出的6.3A 3P空開(kāi)更換為63A 3P空開(kāi)，導(dǎo)致故障發(fā)生后空開(kāi)失去作用并使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，在這次故障檢修中，為保證高壓供配電系統(tǒng)I段、II段在“母聯(lián)備投”時(shí)斷電側(cè)PT的空開(kāi)不跳閘，經(jīng)多次測(cè)試，將空開(kāi)由6.3A 3P更換為10A 3P，既確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行又同時(shí)發(fā)揮空開(kāi)的保護(hù)功能。

三是通過(guò)此次事故，我們也考慮到電網(wǎng)諧波、電網(wǎng)單相間歇性弧光接地時(shí)產(chǎn)生的弧光接地過(guò)電壓及由此激發(fā)的鐵磁諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)的影響，決定在AH1、AH12兩側(cè)各增加一臺(tái)消弧消諧柜，目的是限制電網(wǎng)中的各類(lèi)過(guò)電壓，有效地提高了系統(tǒng)運(yùn)行安全性及供電可靠性。如圖2所示，消弧消諧柜由智能開(kāi)關(guān)消諧一體機(jī)（PTK）、電壓傳感器（CGQ）、高壓隔離開(kāi)關(guān)（GN）、高壓熔斷器（RD）、電壓互感器（YH）及消弧吸收器（YCB）構(gòu)成。

圖2 高壓消弧消諧柜電氣原理圖

裝置的基本功能：能將系統(tǒng)的大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓限制到較低的電壓水平，保證了電網(wǎng)及電氣設(shè)備的絕緣安全；可在兩個(gè)波周內(nèi)快速消除間歇性弧光及穩(wěn)定性弧光接地故障，抑制弧光接地過(guò)電壓，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，降低線(xiàn)路的事故跳閘率；可快速、有效地消除系統(tǒng)的諧振過(guò)電壓，防止長(zhǎng)時(shí)間諧振過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)絕緣破壞，防止諧振過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)中裝設(shè)的避雷器及小感性負(fù)載（如PT）的損傷；可允許200A的電容電流連續(xù)通過(guò)至少2小時(shí)以上，用戶(hù)可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后再處理故障線(xiàn)路。