基于PSCAD的10 kV母线电压异常故障分析

(广东电网有限责任公司东莞供电局，广东 东莞 523000)

0 引 言

10 kV母线电压异常偏高或偏低是电力系统中较常见的故障之一，通常是由于系统有相间或相对地短路故障引起[1-2]，而因变压器高侧设备故障引起10 kV侧电压波动的情况一般不多。

下面分析所涉及到的接插式开关电器(plug and switch system，PASS)是一种介于敞开式设备与气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)之间的新型户外封闭式组合电器。因其占地面积小、结构简单、可靠性高、维护工作量小等优点，在电力系统中的应用较为广泛[3-6]。但由于PASS设备部件大多为内置式，其在发生故障前的某些潜移特征或表现很难被发现，因此当其内部有某些隐患或缺陷时，其较敞开式设备往往更容易造成故障扩大化[7]。

1 缺陷情况

某检修人员在某110 kV变电站进行3号主变压器高压侧、中性点套管加装防雨罩以及3号主变压器高压侧、中性点避雷器高压端子接线板更换工作，完成后经运行人员验收合格，将3号主变压器及低压侧3M母线送电，送电后无异常情况。当日，运行人员在集控中心监测时发现变电站10 kV 3M母线电压波动，其中A、B相电压显著降低(3 kV左右)，主变压器高压侧线路电压正常，并随后出现“10 kV 3M母线接地”故障信号，但转由2号主变压器带10 kV 3M母线负荷正常，且对主变压器进行检测也无异常。

2 仿真分析

为查找缺陷原因，利用PSCAD做一个仿真计算，按以下思路确定仿真初始条件：

1)因2号主变压器带10 kV 3M母线负荷正常，且对主变压器进行检测也无异常，可排除3号主变压器本体及低压侧设备故障；因高压侧线路电压正常，可排除高压侧接地故障。

2)根据以上情况可初步判断3号主变压器高压侧发生近似开路故障。为确定故障位置，按表1中初始条件建立不同仿真模型进行计算。

表1 仿真初始条件

注：分别用A、B、C三相近似开路进行仿真，其中接触电阻分别选取千欧级(5 kΩ)、兆欧级(0.5 MΩ)及完全开路3个电阻值。

经过仿真计算与实际对比，最终确定了与实际情况最符合的仿真模型，即初始条件为B相接触电阻0.5 MΩ，如图1所示。

图1 仿真模型

其仿真结果如图2、图3及表2所示，可以看出110 kV主变压器高压侧A、C相电压正常，B相电压下降明显；而其低压10 kV侧A、B相电压显著降低，C相电压正常。

图2 主变压器高压侧电压波形

从以上仿真分析可知，当3号主变压器高压侧B相对系统接触电阻增大至兆欧级时，其低压侧A、B相电压下降十分明显，与实际现象较符合，通过仿真分析为现场设备故障快速定位提供了技术支持。

图3 主变压器低压侧电压波形

表2 仿真变压器高、低压侧电压峰值及有效值

3 故障检查与处理

对3号主变压器高压侧进行检查，测得3号主变压器绝缘电阻、直流电阻、介质损耗、绕组变形、变比等各项参数均正常。继续检查103 PASS设备，如图4、图5所示，发现当1034隔离开关在分闸位置，机构输出主拐臂中的对位孔与固定设置对位校正板的分闸对位孔没有对正，定位销不能插入，由此初步判断该1034隔离开关的电动机构分闸输出行程不足。当1034隔离开关在合闸位置，合闸对位孔与主轴上的对位孔未能对齐，初步分析该1034隔离开关的电动机构合闸输出行程不足，如图6所示。

图4 103 PASS设备

针对上述问题，对103 PASS设备进行全面解体检查，其中重点对1034隔离开关及其操作机构进行检查，关键是检查机构动作及其输出行程，机构输出连接、隔离开关连杆及轴销连接、本体调节盘及其轴封、本体传动主轴及其连接、本体动静触头及其装配等位置，排查隔离开关合闸导致不到位的卡阻、摩擦、行程消耗的根本原因。

图5 1034隔离开关合闸对位情况

图6 1034隔离开关分闸对位情况

1034隔离开关B相重轴连接部位如图7所示。

图7 1034隔离开关B相主轴连接部位

图7显示B相触头与旋转绝缘子有较大缝隙，B相触头杆端部摆动幅度检测约为±2 mm。解体过程发现其固定销紧固不足，触头经手摇，有明显窜动现象。

1034隔度开关动触头绕损情况如图8所示。从图中可以看出，三相动触头均有放电痕迹； B相动触头杆颜色较深，动触头靠合闸方向一端两侧的接触面烧蚀严重，烧伤面及深度均达1/3。

1034隔离开关静触头烧损情况如图9所示：三相静触头座及其内嵌表带均有烧伤，其中A、C相静触头表带颜色较深显示过热痕迹，B相静触头烧蚀严重，往合闸方向一侧表带及触头座工装角烧蚀量达1/3，为接触不良导致的导电部位烧蚀。

图8 1034隔离开关动触头烧损情况

图9 1034隔离开关静触头烧损情况

通过上述解体结果可知，1034隔离开关B相内部动触头杆装配固定销不紧固，触头杆窜动导致合闸时受力卡阻，造成隔离开关三相动静触头均存在不同程度接触不良现象，其中又以B相为最严重，在长期接触不良发热的影响下引起烧熔触头，从而使B相动静触头之间产生兆欧级电阻的开路情况，并最终导致该变电站10 kV 3M母线电压A、B相电压降低，并出现“10 kV 3M母线接地”故障。

确认故障原因后，运维人员对烧损部件进行更换，并调整隔离开关后重新进行分合闸测试行程及到位情况，确保满足相关标准要求。

4 结 语

前面针对一起因变压器高压110 kV侧PASS设备故障导致变压器低压10 kV侧母线电压异常的案例进行仿真分析，为快速查找故障提供技术支持。

结合仿真分析结果与现场检查情况，快速确认故障部位为1034隔离开关B相触头，并进一步确定故障发生的根本原因是PASS设备装配隔离开关主轴固定销紧固不足所致。针对故障原因，提出相应的处理方案，为其他同类型设备类似故障提供经验总结。