35 kV 單相接地故障引起110 kV 主變停電事故分析

王 敏，何敬國(guó)，隋術(shù)山，邢 忠

（山鋼股份萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

2019 年3 月8 日，萊鋼110 kV 變電站35 kV 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，在負(fù)荷轉(zhuǎn)移、故障查找過(guò)程中，發(fā)生1 臺(tái)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘、1 臺(tái)主變低后備保護(hù)動(dòng)作跳閘、1 條出線過(guò)流I段動(dòng)作跳閘，引起寬厚板事業(yè)部、板帶廠、型鋼廠等生產(chǎn)線停電停產(chǎn)。

1 110 kV 變電站事故過(guò)程

110 kV 變電站有110 kV、35 kV 兩個(gè)電壓等級(jí)，110 kV、35 kV 系統(tǒng)均為雙母線雙分段接線，4 臺(tái)主變采用三用一備方式。即：110 kV1#進(jìn)線帶110 kV II 段、1#主變及35 kV I 段母線及各出線；110 kV2#進(jìn)線帶110 kV I 段、2#主變及35 kV II 段母線及各出線；110 kV3#進(jìn)線帶110 kV IV 段、4#主變及35 kV III 段母線及各出線。35 kV 軋鋼Ⅰ線運(yùn)行在35 kVⅡ段母線。

3 月8 日5:14，110 kV 變電站2#主變低后備保護(hù)裝置報(bào)警，信息為“零序過(guò)電壓報(bào)警”，35 kVⅡ段母線出現(xiàn)電壓異常。值班人員檢查站內(nèi)小電流接地選線裝置，發(fā)現(xiàn)裝置選擇線路為軋鋼Ⅰ線。值班人員判斷為35 kV 軋鋼Ⅰ線發(fā)生B 相接地故障，立即匯報(bào)調(diào)度。110 kV 變電站、軋鋼變電站值班人員對(duì)所轄站內(nèi)高壓設(shè)備進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常運(yùn)行狀況。隨后110 kV 變電站根據(jù)調(diào)度指令，將軋鋼Ⅰ線負(fù)荷調(diào)軋鋼Ⅱ線供電，在合環(huán)過(guò)程中，1#主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，4#主變高壓側(cè)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，軋鋼I 線開(kāi)關(guān)跳閘，造成4#主變和35 kVⅠ、Ⅲ段母線失電，軋鋼I 線失電。

值班人員對(duì)110 kV 變電站35 kV 高壓室檢查，發(fā)現(xiàn)35 kVⅠ、Ⅲ段分段開(kāi)關(guān)柜（編號(hào)為3500）內(nèi)存在明顯短路痕跡，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有黑煙冒出，將開(kāi)關(guān)柜轉(zhuǎn)為冷備狀態(tài)后緊急恢復(fù)1#主變及35 kVⅠ段母線用戶供電。用3#主變緊急恢復(fù)35 kVⅢ段母線供電，發(fā)現(xiàn)35 kVⅢ段母線A 相接地，隨即改用35 kVⅣ段母線恢復(fù)原35 kVⅢ段用戶供電。

2 事故分析

2.1 保護(hù)動(dòng)作情況

1#主變：低后備復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作，ABC 相，動(dòng)作值28.58 A。

4#主變：比率差動(dòng)動(dòng)作，AC 相，動(dòng)作值5.68Ie；輕、重瓦斯動(dòng)作。

軋鋼I 線：過(guò)流I 段動(dòng)作，B 相，動(dòng)作值18.35 A。

3500F：過(guò)流I 段動(dòng)作，AB 相，動(dòng)作值44.5 A。

3500B：過(guò)流I 段動(dòng)作，AB 相，動(dòng)作值45.19 A。

2.2 軋鋼I 線過(guò)流I 段動(dòng)作跳閘原因

事故發(fā)生后，組織相關(guān)人員對(duì)軋鋼I 線全線進(jìn)行巡視檢查，在軋鋼I 線終端塔下戶電纜橋架上發(fā)現(xiàn)電力電纜B 相燒損點(diǎn)。

根據(jù)變電站35 kVⅢ段母線在恢復(fù)送電時(shí)出現(xiàn)A 相接地故障，對(duì)35 kVⅢ段母線設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)在35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開(kāi)關(guān)柜內(nèi)后側(cè)上方A 相母線套管擊穿損壞。

接地時(shí)35 kVⅡ段母線電壓分別為Ua=28.12 kV、Ub=11.13 kV、Uc=28.20 kV。

根據(jù)以上故障點(diǎn)及電壓數(shù)據(jù)可以確定，此次事故最初是軋鋼I 線電纜發(fā)生B 相不完全接地，因?yàn)?10 kV 變電站35 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，接地點(diǎn)拉弧放電，系統(tǒng)出現(xiàn)弧光過(guò)電壓。110 kV 變電站在將軋鋼Ⅰ線負(fù)荷調(diào)軋鋼Ⅱ線供電過(guò)程中，35 kVⅢ、Ⅳ段母聯(lián)3500B 合環(huán)操作產(chǎn)生操作過(guò)電壓，兩者疊加引起系統(tǒng)電壓超過(guò)正常電壓數(shù)倍。過(guò)電壓引起35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的35 kVⅢ段母線A 相絕緣套管這一系統(tǒng)絕緣薄弱點(diǎn)擊穿接地，從而與軋鋼Ⅰ線B 相電纜接地點(diǎn)形成AB 相兩點(diǎn)接短路，引起軋鋼Ⅰ線過(guò)流I 段動(dòng)作跳閘（圖1）。

圖1 發(fā)生故障的35 kV 母線套管

2.3 1#主變低后備復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳閘原因

35 kVⅠ、Ⅲ段分段3500E 開(kāi)關(guān)在熱備用狀態(tài)，在3500 開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線套管發(fā)生兩相接地短路后，柜內(nèi)電弧發(fā)生空氣游離擊穿，熱能急劇釋放，3500E 開(kāi) 關(guān)與3500-1 刀閘之間發(fā)生絕緣擊穿三相短路，造成給35 kVⅠ段母線供電的1#主變低后備復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳閘（圖2）。

圖2 發(fā)生故障的35 kV 斷路器

2.4 4# 主變比率差動(dòng)以及輕、重瓦斯動(dòng)作跳閘原因

由于4#主變差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，初步判斷主變壓器本體發(fā)生內(nèi)部故障。檢查4#主變瓦斯繼電器發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，將變壓器轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，進(jìn)行全面試驗(yàn)。

4#變壓器型號(hào)為SFZ9-80000，接線組別YN d11，用高壓兆歐表、直流電阻測(cè)試儀等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表3。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，變壓器存在嚴(yán)重問(wèn)題：①低壓繞組對(duì)地絕緣電阻接近零；②低壓繞組直流電阻不平衡率嚴(yán)重超過(guò)1%的標(biāo)準(zhǔn)；③變壓器油氫氣產(chǎn)氣量超出150 μL/L、乙炔產(chǎn)氣量超出5 μL/L、總烴產(chǎn)氣量超出150 μL/L。

事故后變壓器返廠維修，拆解變壓器后發(fā)現(xiàn)，變壓器A相壓板斷裂，低壓線圈端部相間位置線餅燒毀，且鐵心片有不同程度的燒蝕及變形。變壓器C 相壓板斷裂，低壓線圈上端部相間位置線餅變形，下端部線圈燒毀變形嚴(yán)重，高、低壓線圈無(wú)法拆分，高壓線圈下端線圈變形斷裂，且上部鐵心片有不同程度燒蝕及變形。

在此次事故中，由于4#主變所帶的35 kVⅢ段母線系統(tǒng)產(chǎn)生較大的過(guò)電壓以及短路電流，導(dǎo)致4#主變本體內(nèi)部線圈、鐵心等部件絕緣擊穿、嚴(yán)重變形受損，造成主變差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)同時(shí)動(dòng)作（圖3）。

表1 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 線圈直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 變壓器油色譜分析試驗(yàn)數(shù)據(jù) μL/L

圖3 故障變壓器

2.5 3500F、3500B 保護(hù)動(dòng)作原因

將軋鋼Ⅰ線負(fù)荷調(diào)軋鋼Ⅱ線供電過(guò)程中，先合上3500F 開(kāi)關(guān)，在合3500B 開(kāi)關(guān)后發(fā)生停電事故，此時(shí)，35 kVⅢ段母線A 相絕緣套管與軋鋼Ⅰ線B 相電纜接地點(diǎn)形成兩點(diǎn)接短路，因此達(dá)到3500F、3500B 保護(hù)定值后，兩者保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。

3 事故啟示及防范措施

（1）小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，一般接地電流不大，但是當(dāng)發(fā)生單相間隙性電弧接地時(shí)，系統(tǒng)中積蓄的能量無(wú)法泄放，使得中性點(diǎn)電位抬高，系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)電壓，破壞力大。而且此變電站35 kV 線路多采用電力電纜出線，系統(tǒng)接地電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 A。

針對(duì)單相接地電流大的35 kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式開(kāi)展改造，建議采用消弧線圈并聯(lián)小電阻接地組合方式，同時(shí)做好對(duì)小電流接地選線及滅弧綜合裝置的配套。

（2）該變電站于2005 年投運(yùn)，周圍環(huán)境粉塵較多，設(shè)備處于老化狀態(tài)、缺陷較多，但是由于生產(chǎn)形勢(shì)緊張，大范圍設(shè)備改造升級(jí)未能開(kāi)展。根據(jù)35 kV 設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況，加強(qiáng)對(duì)高壓設(shè)備的絕緣防護(hù)，同時(shí)解決其他設(shè)備缺陷，盡早組織全面升級(jí)改造工作。

（3）電力電纜敷設(shè)于室外電纜橋架上，點(diǎn)檢、維護(hù)力度有時(shí)跟不上。建議引進(jìn)電力電纜在線局放監(jiān)測(cè)、紅外熱成像監(jiān)測(cè)等技術(shù)，提高電力電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，盡早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷劣化趨勢(shì)，消滅隱患。

（4）在35 kV 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，為了保證用戶現(xiàn)場(chǎng)能夠連續(xù)生產(chǎn)，采取影響最小的倒負(fù)荷后再停電的方式。結(jié)合本次事故處理，建議對(duì)單相接地應(yīng)急處理方案進(jìn)行優(yōu)化完善，按用戶生產(chǎn)性質(zhì)進(jìn)行分類管理，特別是涉及安全的應(yīng)急措施，應(yīng)進(jìn)一步研究其合理性，提高事故狀態(tài)下的應(yīng)急處置能力。

4 結(jié)論

小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障，不是所有系統(tǒng)都適用有關(guān)規(guī)定“允許系統(tǒng)帶故障繼續(xù)運(yùn)行2 h”，一旦系統(tǒng)中有絕緣薄弱點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)電壓異常升高時(shí)，極易容易引發(fā)兩相接地短路事故，造成大范圍停電事故，應(yīng)盡量縮短接地故障點(diǎn)隔離時(shí)間。