“5.27”牌楼变10 kVⅠ段母线系统故障浅析

孙道军，张恒伟，刘天东，孙 超

（1.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001；2.国网连云港供电公司，江苏 连云港 222000）

“5.27”牌楼变10 kVⅠ段母线系统故障浅析

孙道军1，张恒伟2，刘天东1，孙 超1

（1.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001；2.国网连云港供电公司，江苏 连云港 222000）

通过对2014年5月27日，66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线出现多起短路故障伴有遥测电压异常引起跳闸事件的跟踪分析，查出遥测电压异常的直接原因是测控装置接线错误，并深层分析出系统闪络短路故障的主要原因是该系统设备污秽严重，电容电流超过限值及大量谐波分量注入等因素，引起间歇弧光过电压击穿了绝缘薄弱设备。针对性地制定事故处理措施后，消除了遥测电压异常缺陷，降低了单相接地故障引发过电压造成的短路故障事故几率，确保了10 kV系统电网安全、经济、优质运行，为此类故障的分析处理提供借鉴。

电压；电容电流；谐波；闪络短路

1 故障经过

2014年5月27日，牌楼地区东南风3～4级，气温25～28℃，PM2.5指数237。11时53分，监控员汇报：66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线炒铁线过流保护动作，断路器跳闸，重合良好，现运行电压指示异常，电压指示UA为10.46 kV、UB为5.14 kV、UC为5.87 kV、UAB为10.87 kV，调度员当即通知相关人员对10 kV炒铁线巡线检查；11时55分，监控员汇报：66 kV牌楼变10 kV I段母线北海线（用户专线）过流保护动作，断路器跳闸，重合不良，电压指示恢复正常；调度员当即通知相关人员对北海线用户巡线检查；12时55分，监控员汇报：66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线运行电压指示异常，电压指示UA为10.44 kV、UB为5.51 kV、 UC为5.55 kV、UAB为10.89 kV；12时57分，10 kVⅠ段母线宋佳线过流保护动作，断路器跳闸，重合良好，电压指示恢复正常，调度员当即通知相关人员对宋佳线用户巡线检查；15时35分，监控员汇报：66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线运行电压指示异常，电压指示UA为5.76 kV、UB为10.41 kV、UC为5.18 kV、UAB为10.76 kV，同时10 kVⅠ段母线工业线过流保护动作，断路器跳闸，重合良好，电压指示恢复正常，调度员当即通知相关人员对10 kV工业线巡线检查；16时32分，生产调度汇报：10 kV北海线故障处理，内部安全措施全部拆除，试送电无问题，16时34分，调度员令监控员遥控合上10 kV北海线断路器，16时35分，监控员汇报：10 kV北海线断路器已合上，同时Ⅰ段母线运行电压指示异常，电压指示UA为10.55 kV、UB为5.36 V、UC为5.55 kV、UAB为10.74 kV，调度当即令监控员遥控拉开10 kV北海线断路器，电压指示恢复正常，调度员当即通知相关人员对10 kV北海线巡线检查；由于此日发生几起故障，电压指示均类似系统断线故障征兆，给事故的分析研判带来疑惑，延长了调控人员分析处理事故的时间。

2 故障时关联系统运行情况

10 kVⅠ段母线：1号变压器低压侧、化工线、炒铁线、金涧一线、宋佳线、北海线、黄卜线、工业线、1号电容器、高纯线。

10 kVⅡ段母线：2号变压器低压侧、滑石线、2号电容器。

10 kV母联断路器在分位，10 kVⅠ、Ⅱ段母线分列运行。

10 kVⅠ段母线瞬时运行最大负荷22 MW；10 kVⅡ段母线瞬时运行最大负荷12 MW。

66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线故障关联线路巡查情况如下。

12时25分，生调汇报炒铁线故障原因：东亚包装厂柱上计量电流互感器烧损，引线已脱离系统。

12时30分，生调汇报北海线故障原因：用户入口电缆引线A、B相有烧伤闪络迹象，主受电真空断路器跳闸，停电处理。

13时27分，生调汇报宋佳线故障原因：菱镁变电站B、C相避雷器闪络击穿，主受电真空断路器跳闸，停电处理。

15时58分，生调汇报工业线故障原因：用户入口电缆引线B、C相避雷器闪络击穿，主受电真空断路器跳闸，停电处理。

16时38分，生调汇报北海线故障原因：用户入口电缆引线A相击穿，已自行拉开主受电真空断路器，停电处理。

3 运行电压异常分析与校验

3.1 10 kV电压互感器接线方式

66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线电压互感器为JDZX10－10R型三相五柱式电压互感器，电压互感器有3个二次绕组，变比为10／3∶0.1／3∶0.1／3∶（0.1／3）／（0.1／3），其接线方式如图1～图2所示。

图1 电压互感器接线示意图

图2 二次电压接线图

其中：计量、测控二次采用星形接线；零序电压检测二次采用开口三角形接线；计量绕组二次输出分别上AJ、BJ、CJ三相计量电压小母线；测控二次输出分别上AM、BM、CM三相测控电压小母线；零序电压监测二次三角形接线的开口三角接入L、N零序电压测控母线［1－2］。

3.2 运行电压分析

系统正常运行时：三相电压对称，A、B、C之间相差120°，相量图如图3所示。

图3 A、B、C三相电压相量图（正常运行时）

为方便分析，设10 kV母线三相对地电压分别为

根据电压互感器变比及极性关系可知（反映到二次测控装置绕组的电压值）：

并得到二次开口三角零序电压检测装置测得的电压值：

由于零序电压检测二次绕组为开口三角形接线方式，开口三角输出电压为

即L点与N点同电位，因此即使L、N接反，三相电压检测结果仍相同。

假设A相接地时，A、B、C三相对地电压相量方向及角度如图4所示［3］。

图4 电压相量图（故障分析）

将L误作为N接入测控装置，则实际测量电压为

可知，非故障相电压上升为线电压：

根据上式可知，sin（15°）≈0.259，因此，在A相接地时B、C相电压二次有效值约为52 V，而A相电压二次有效值为100 V。由电压互感器变比折算可知，A相电压显示10 kV，而B、C相电压显示5.2 kV。与A相接地时电压显示相符。

由于单相接地信号是根据开口三角输出电压超过某一限值触发的，接线错误对此没有影响，因此单相接地信号显示正常。

3.3 仿真验证

为进一步验证上述理论分析的正确性，利用Matlab7.0建立仿真模型，进行分析验证。

图5给出了10 kV系统正常运行（无接地）时的电压曲线。由图5可知，在系统正常运行时，正确接线和错误接线三相电压检测结果基本相同。由图5（a）可知，开口三角输出电压基本为0，即L点与N点基本为等电位，三相对中性点N和对L点电压基本相同，所以错误接线与正确接线电压检测结果基本一致。

图5 系统正常运行时检测电压曲线

图6给出了10 kV系统A相接地时，检测电压曲线。由图6可知，当A相接地时，开口三角输出电压幅值约为141 V（有效值100 V）。正确接线情况下，A相电压为0，B、C相电压幅值约为141 V（有效值100 V），相位差为60°，在文中变电站错误接线的情况下，A相电压幅值约为141 V（有效值100 V），B、C相电压幅值约为73 V（有效值52 V），B相超前A相约75°，C相滞后A相75°。上述仿真结果与式（9）的分析结果吻合。

3.4 现场跟踪验证

2014年11月3日10时55分，66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线系统电压异常显示：UA为5.55 kV、UB为10.21 kV、UC为5.22 kV、UAB为10.6 kV，同时刻现场TV二次实测信息如表1所示。

根据折算比对，UAL、UBL、UCL二次实测值与遥测电压UA、UB、UC折算值基本一致，验证了N与L端子接反理论分析的正确性。

4 故障分析

图6 系统A相接地时检测电压曲线

理论计算、仿真及现场实测证明66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线电压异常现象是电压互感器开口三角接线错误所致，误将N端子与L端子接反。当线路发生单相接地时，接地相电压升高至接近线电压10 kV，而非接地相电压降低至5.2 kV左右，从而产生电压指示异常现象，使得问题分析、查找、解决的难度增加，延长了各级调控及运维检修人员对类似故障的研判和处理时间。

表1 66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线电压运行信息

现场巡视发现此次故障中10 kV炒铁线、北海线的故障跳闸原因均是设备裸露污秽处闪络击穿绝缘引起短路跳闸。66 kV牌楼变主要担负牌楼镇区工农业及日常生活用电任务，地区多为电熔镁厂、炼铁厂及滑石粉加工企业，地区PM2.5指数严重超标，全年重度雾霾天数高于120天（辽宁省2014年雾霾累计天数）以上，雾霾物造成电力设备污秽严重，在外因作用下，经常引发闪络接地、跳闸事故，2014年66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线7条配出线路，年平均发生接地、跳闸事故15.14次／条，最多的10 kV炒铁线年发生接地、跳闸事故25次／条，引发接地、跳闸事故的多数为污秽设备闪络绝缘击穿短路造成。

此次故障中10 kV炒铁线、北海线、宋佳线、工业线故障跳闸前后时段，均伴有单相接地现象，由于系统无录波设备，无法获取10 kV宋佳线、工业线避雷器过压击穿的瞬间信息。66 kV牌楼变10 kV系统中性点是不接地的小电流接地系统，近年10 kV系统电缆线路的大量应用，造成系统电容电流逐渐增大（系统电容电流接近14.08 A，见表2），超过系统电容电流安全运行10 A限值。当小电流接地系统发生接地故障时，接地电弧难以自行熄灭，产生间歇性和稳定性电弧，引起弧光过电压，在调规允许运行的2 h内，击穿系统绝缘薄弱设备，发展为相间短路故障，造成相应故障线路跳闸，引起线路停电和设备损坏事故。

表2 66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线线路参数运行信息km

此次故障中66 kV牌楼变10 kV系统受地区工业的发展特点和政策影响，地区电网的平、谷时段差逐渐增大，越来越多的10 kV冲击性及非线性负荷接入电网，造成大量谐波分量注入10 kV系统。这将对10 kV电网的电压质量产生干扰及影响，在系统闪络接地时，更易发生谐波畸变，产生谐振过电压事故，造成绝缘薄弱的设备绝缘击穿与接地相发生短路，造成相应故障线路跳闸［4］。

5 措施与建议

11月4日运维检修人员对66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线电压互感器开口三角接线的正确性进行排查，确认了误将电压互感器开口三角测控的N端子与L端子接反的事实，当即进行校正并遥测、遥信校验检查无误。2015年2月16日66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线B相接地故障指示正确。

11月17日借助网改工程对66 kV牌楼变10 kVⅠ、Ⅱ段母线运行方式进行调整优化，将10 kVⅠ段母线的炒铁线（事故率高）改10 kVⅡ段母线（新扩建）运行，这样10 kVⅠ段母线系统的电容电流将减少3.42 A（14.08－3.83＝10.25 A，接近系统运行安全电容电流10 A），同时也减少该线路的谐波分量对10 kVⅠ段母线系统的注入。

随着电缆线路应用的逐渐增多，建议跟踪66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线系统电容电流进行实测，根据实测参数，尽快加装10 kVⅠ段母线系统消弧线圈，以补偿接地时的电容电流。

建议对66 kV牌楼变辖区10 kV用户的谐波参数进行不定期检测，针对性地制定整改措施，同时加强对10 kV用户入网的管理，严格控制谐波参数入网指标，减少谐波带来的隐患故障发生。

建议不定期督促相关单位对污秽严重的10 kV用户进行绝缘清扫，以减少闪络接地等故障发生。出版社，1998.

［1］ 胡金磊，马 玲.基于多运行方式的电力系统故障计算［J］.东北电力技术，2009，30（7）：37－41.

［2］ 包 蕊.TV二次误并列问题分析［J］.东北电力技术，2013，34（8）：19－22.

［3］ 金 英.城市电网35 kV系统单相接地故障分析［J］.东北电力技术，2013，34（2）：32－36.

［4］ 王世祯.电网调度运行技术［M］.沈阳：东北大学出版社，1997.

作者简介：

孙道军（1968—），男，高级技师，主要从事配电网运行研究工作。

（收稿日期 2015－06－28）

Analysis on Bus I Fault of 10 kV in the 66 kV Pailou Fubstation

SUN Dao⁃jun1，ZHANG Heng⁃wei2，LIU Tian⁃dong1，SUN Chao1
（1.State Grid Anshan Power Electric Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China；2.State Grid Lianyungang Power Electric Supply Company，Lianyungang，Jiangsu 222000，China）

Several triping fault caused by short circuit faults associating abnormal voltage changes of 10kV bus I occurred in the 66 kV Pailou substation in May 27，2014.According to the phenomenon，this paper analyses the direct cause which is the incorrect wiring of measurement and control devices，and with further analysis，the main reasons of the short circuit fault flashover is the intermittent o⁃ver⁃voltage on weak insulation equipment caused by serious pollutions，capacitive current and large amount of harmonics.Some meas⁃ures aiming at solving this kind of accidents are proposed，and the abnormal voltage defects eliminated，the probability of overvoltage by single phase to ground fault reduced.This paper provides references for similar failure analysis and improves the security，economic and high⁃quality operation of the 10 kV power grid.

Voltage；Capacitive current；Harmonic wave；Flashover short circuit

TM773

A

1004－7913（2015）10－0029－05

郭 铁（1987—），男，硕士，助理工程师，从事变压器高压试验与绝缘研究。

2015－06－21）

6 结束语

通过2014年5月27日，66 kV牌楼变10 kVⅠ段母线多起遥测电压异常引起闪络短路故障的跟踪分析，查出测控装置接线错误是造成遥测电压异常的直接原因。同时，通过对事件的深入分析，得出系统设备污秽严重，电容电流超过安全限值及大量谐波分量注入是引发间歇弧光过电压，击穿系统绝缘薄弱设备，造成系统短路故障跳闸的要因。针对性地实施了相关事故处理措施后，消除了遥测电压异常缺陷，降低了单相接地故障引发过电压造成的短路故障事故几率，确保了10 kV系统电网安全、经济、优质运行。