因外电供电质量导致变电所停电的故障分析

国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司 赵平生

国家管网华南分公司所属一10KV变电所多次发生电容器投用后保险熔断故障，某日，专业人员对II段高压电容器检修后，分别投用II段、I段高压电容器时，因I段高压电容器出现内部故障造成上游变电所跳闸而全站失电，经检查发现上游供电局电源谐波超标是导致故障停电的主要原因。现将故障和处理过程介绍如下，供同行参考。

1 事故过程

国家油气管网集团有限公司华南分公司所属一10KV变电所，为单电源供电，变电所内单母线两段供电，两段母线均有高压电容器（如图1）。

图1 变电所一次系统图

某日，专业人员完成II段高压电容器的检修后，先投用I段高压电容器，1#进线功率因素为0.96，I段电容器投用正常。断开I段高压电容器后，合上II段高压电容器组断路器，II段高压电容器B相保险熔断，对应的接触器随即跳闸。重新合上I段电容器开关，电容器出现异响，持续5至6s后，I段电容器柜跳闸，同时变电所全部停电，现场检查发现1#进线无电。

图2 B相对电缆头击穿

图3 开关柜侧板灼烧痕迹

图4 进线三项母排有放电痕迹

对外供电线路及变电所高压母线进线绝缘测试，未发现异常。打开1#高压电容器柜，检查发现电容器柜进线电缆B项电缆头击穿（如图2）、开关柜侧板有灼烧现场（如图3）、进线三相母排有放电痕迹（如图4）、电容器B相保险烧断。

2 原因分析

造成高压电容器保险烧断、变电所停电的原因可能有以下几个方面：一是一次系统绝缘不合格、发生对地短路或相间短路。二是高压电容器熔断器选型不合理。三是谐波电流过大，造成保险烧断。下面就这几个方面的原因展开分析排查。

2.1 一次绝缘排查

对进线和变电所高压母线绝缘测试无异常，说明外供电系统无接地、变电所内一次设备绝缘良好，排除系统接地或三相短路的原因。

2.2 熔断器选型合理性排查

变电所内每段母线配置有容量为500kvar的无功补偿装置，每组无功补偿装置内的200kvar容量和300kvar容量的装置可分开投切，额定电压为10kV，Y型接法，电抗率为6%，两之路熔断器器规格分别为16A和26A。

根据：

可知，200kvar容量和300kvar容量电容器支路的额定电流分别为11.5A和17.3A，熔断器的选型符合规范要求。

2.3 系统谐波情况排查

根据：

可知，每组内电容的等效基波容抗分别为500Ω(200kvar)和333.33Ω(300 kvar)，电抗器的等效基波电感为30Ω(200kvar)和20Ω(300 kvar)。电容器的接线示意图和等值电路图如下图5：

图5 电容器接线图和等值电路图

图5中，UK为K次谐波电压，KZS为系统阻抗，KXl为电容器串联电抗器K次谐波感抗，为电容器K次谐波容抗。

流过无功补偿装置的K次谐波电流为：

图6 各次谐波下的电容器支路阻抗值

由图6可知，串联6%电抗率的无功补偿装置在4次谐波和5次谐波之间形成一个最低阻抗点。当无功补偿装装置电容值发生衰减时，谐振点将向5次谐波移动，当系统供电存在5次谐波时，将会有大电流通过电容器，造成熔断器熔断。用电能质量分析仪测量，外供电出现间断性谐波超标的情况，最高时达到35%。启用发电机时，电容器能正常投用也印证了外供电系统存在较大的5次谐波。

2.4 其它方面的问题

检查发现，无功补偿装置的高压熔断器缺少内消弧管（如图7），当熔断器内部熔丝过流熔断产生电弧时，因缺少消弧管，无法立即将电弧熄灭，熔丝熔断后，尾部的绷紧弹簧将熔断器带着电弧弹开，电弧与进线电缆及柜体侧板形成通路而出现三相短路，造成进线停电。

图7 高压熔断器无内消弧管

3 故障处理

针对变电所无功补偿装置存在的问题，开展了一下几个方面的处理：一是联系供电局，协调处理谐波较高的问题；二是更换了新的电容器和电抗器；三是更换合格的带有内消弧管的熔断器。整改之后无功补偿装置未再发生熔断器熔断问题。