一起非典型的10 kV母线单相接地故障分析

余卫成，徐剑峰

（桐庐县供电局，浙江 桐庐 311500）

10～35 kV不接地系统或经消弧线圈接地的配电网中，单相接地故障是发生频次最高的故障。通常，10 kV单相接地故障通过试拉线路判断具体故障线路，或带电巡视查找故障点，在确定无线路接地情况后，可确认是母线接地。

下面介绍一起发生在桐庐供电局35 kV合村变的10 kV母线非典型单相接地故障的查找、处理及分析情况，供检修人员及相关厂家参考。

1 故障情况

1.1 故障现象

某日，调度遥控拉开35 kV合村变10 kV怡合199线，调度人员随即发现合村变10 kVⅡ段母线A相电压降低为1.337 kV，B相电压升高为9.755 kV，C相电压升高为9.753 kV，3U0为48.8 V；同时发现监控系统报“10 kVⅡ段母线接地”。运行人员现场测量了10 kVⅡ段母线压变二次电压，其值与后台机显示相符。

合村变10 kV系统接线见图1。故障前系统运行状态：2号主变带10 kVⅡ段母线，10 kV母分热备用，怡合199线运行，2号电容器热备用，备用197与198线冷备用。

图1 合村变10 kV系统

此时，母线上仅有的运行线路已拉开，据此基本可以判断为母线A相接地。

1.2 故障点查找

经检修人员现场检查10 kVⅡ段母线及与其连接的所有设备，外观均未发现明显异常。10 kVⅡ段母线、母线压变、避雷器、所用变、2号主变10 kV开关、流变、母线桥、穿墙套管等设备的绝缘试验合格。

但对2号电容器间隔的设备进行试验时，发现2号电容器开关A相断口的绝缘电阻为零，开关分闸状态下A相断口无法承受耐压，动静触头完全导通。而电容器组、电抗器、放电压变、阻尼器、电缆、避雷器试验正常。

更换2号电容器开关后，2号电容器处于热备用状态时，10 kVⅡ段母线电压已恢复正常。

1.3 故障原因

故障开关型号为ZN63A-12（VS1），2008年1月出厂，故障发生时开关已动作723次。经解体检查，发现A相灭弧室绝缘拉杆与输出拐臂的连接螺帽已松动（如图2所示），该螺帽松动后导致开关虽在断开位置，但A相动静触头并未分离。观察发现，螺帽松动距离已经超过10 mm，而此型开关的开距为9±1 mm。

图2 2号电容器断路器底面

2 故障原因分析

2.1 拉开怡合199线之前

从变电站监控系统的SOE（状态序列记录）中可以查到，在拉开怡合199线的几十个小时前，2号电容器开关就已经处于分闸位置。从电容器断开到怡合199线被拉开前一刻，系统一直未报Ⅱ段母线接地，但频繁报“零序电压越上限”，统计得出，从9时到13时总共报41次之多，但这期间变电站内无任何操作；而且越临近怡合199线拉开的一刻，报警的频次越高。如此频繁的报警，说明电容器开关A相动静触头间的开距慢慢缩小，且已经接近击穿的临界状态。

如果电容器开关刚分闸时其A相的动静触头没有分开，经过数据分析，监控系统应报母线接地，而事实上却未报。分析如下：

A相动静触头未分开的等效接线见图3。

图3 开关A相触头未分开的等效电路

图3中的各支路可以作如下简化：电缆及母线对地的等效电容CD极小，可忽略CD对地支路；球隙QR等效电容极小，可忽略QR与R对地支路；开关触头间的断口等效电容CQF电容值极小，回路相当于开断。可推测，在QR与R对地支路击穿前，球隙两端的电压约为相电压UA。球隙在此电压下必定击穿，监控系统应报母线接地。因此，可以确定的是，电容器开关的A相在最近一次分闸时，动、静触头确已分开，且有足够的开距。

2.2 拉开怡合199线之后

在怡合199线开关分断后经过5.4 s，监控系统报Ⅱ段母线接地。有母线接地故障时，监控系统经一定延时报母线接地信号。由此可以推断，拉开怡合199线后电容器开关A相的动静触头才相互接触，从而处于导通状态。

由于所采用的保护测控装置无录波功能，且当开关处于分闸位置时，该装置并不采遥测量，所以不能从电容器开关的历史曲线中查到A相的电流值。只能通过分析推理得出以下结论：

（1）电容器开关动作频繁，而且受合闸弹跳与分闸弹振的影响，A相灭弧室绝缘拉杆与输出拐臂的连接螺帽松动，或原本就没有拧紧。多次的分合动作导致螺帽松动程度越来越大。虽然每次分闸时，A相动静触头能够分开，但它们之间的开距却越来越小，使三相电压不平衡加剧，监控系统开始报零序电压越限。

（2）虽然螺帽已经松动且不足以拉够开距，却依然能够靠拐臂与螺杆的摩擦力来分断。但分断的开距已经缩小了L1，如图4所示。L1较大时，就有可能导致三相不平衡电压较大，以致报零序电压越限。经查，受力点处的螺纹有来回摩擦、受力的痕迹，见图5。

图4 分闸状态时螺帽松动示意

图5 拆下的绝缘拉杆

（3）真空开关的触头有自闭力，这是开关合闸原动力的一部分。怡合199线开关柜与2号电容器开关柜的直线距离仅为3.2 m。怡合199线开关分闸时的振动，导致拐臂在受力点处一时之间不再对螺杆有摩擦力，或摩擦力减小到不足以抵消自闭力时，即使没有合闸弹簧的作用，绝缘拉杆还是会向合的方向运动。动静触头之间的距离越近，触头的自闭力也会越大。

（4）零序电压频繁越限说明，动静触头距离已经较近，引起间歇性击穿。击穿电流的存在致使三相电压不平衡，达到一定程度引起监控系统报3U0越限。

随着这个螺帽松动的加剧，接地故障迟早会发生。比如在电容器开关刚分闸时，动静触头就未分开，此时就发生接地故障。

3 结语

这起接地故障的主要原因是拐臂与绝缘拉杆之间固定的螺帽松动，由此引起的故障却关联到多个部门。

（1）螺帽在开关机构内部，检修人员日常检修时要发现有一定的难度。由于电压合格率考核严格，电容器开关动作频繁，建议在一定开关动作次数后进行全面检修、试验。

（2）监控系统在短时间内频繁报零序电压越限时，调度、运行人员，就应该视为异常情况，加以重视并及时通知检修人员，根据情况加以分析、判断。

（3）为防止同类故障再次发生，建议设备厂家对类似螺帽采取防止松动措施。可以考虑双螺帽或卡簧固定或改进拐臂与绝缘拉杆之间的固定方式改进。

此次接地故障发生在负荷很小的母线上，唯一的1条运行线路也已经断开。如果多条线路运行，母线停役将丧失不少负荷，且影响用电可靠率等指标的考核。运行、调度人员应对零序电压频繁越限引起足够重视，生技、检修人员应结合负荷、运行方式、设备运行情况进行综合分析，及时有效地采取措施，以防止由设备异常扩大为故障。

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