一起變電站10kV開(kāi)關(guān)柜爆炸致母線失壓事故原因分析

劉付永京

（廣西桂東電力股份有限公司，廣西 賀州 542899）

1 事故情況簡(jiǎn)介

某電網(wǎng)110kV變電站10kV線路發(fā)生一起電網(wǎng)安全事件：該站10kV不接地系統(tǒng)發(fā)生C相接地時(shí)，零序電壓高達(dá)116V，隨后10kV系統(tǒng)接地告警瞬間消失，電壓恢復(fù)正常。經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)10kV八羊Ⅱ線分支DL917-2開(kāi)關(guān)已跳閘，經(jīng)巡查未發(fā)現(xiàn)異常，申請(qǐng)?jiān)囁?0kV八羊Ⅱ線分支線路，調(diào)度同意。運(yùn)維人員試送分支開(kāi)關(guān)不成功，開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘。同時(shí)發(fā)現(xiàn)該變電站1、2號(hào)主變低壓側(cè)910、920開(kāi)關(guān)以及10kV八建線916開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，10kV母線失壓，造成某市部分核心城區(qū)停電。

2 事故原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2號(hào)主變?nèi)齻?cè)并列運(yùn)行，其中1號(hào)主變低壓側(cè)910開(kāi)關(guān)、八鞍線911開(kāi)關(guān)、八羊Ⅰ線912開(kāi)關(guān)、八機(jī)線913開(kāi)關(guān)、生活變914開(kāi)關(guān)、八紙線915開(kāi)關(guān)、八建線916開(kāi)關(guān)、八羊Ⅱ線917開(kāi)關(guān)掛10kVⅠ母運(yùn)行；2號(hào)主變低壓側(cè)920開(kāi)關(guān)、八遠(yuǎn)線922開(kāi)關(guān)、八藥線923開(kāi)關(guān)和2號(hào)電容器924開(kāi)關(guān)掛10kVⅡ母運(yùn)行，母聯(lián)刀閘M91合上，如圖1所示。

圖1 某站一次主接線圖

表1 相關(guān)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作信息

值班調(diào)度監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，某站10kVⅠ、Ⅱ母發(fā)C相電壓接地信號(hào)，零序電壓3Uo=116V，5分鐘內(nèi)接地信號(hào)消失，母線電壓恢復(fù)正常。不久當(dāng)值發(fā)現(xiàn)10kV八羊Ⅱ線負(fù)荷減少，即通知運(yùn)維人員查線。大約一小時(shí)后，經(jīng)運(yùn)維人員檢查發(fā)現(xiàn)，10kV八羊Ⅱ線分支DL917-2開(kāi)關(guān)已跳閘，設(shè)備檢查無(wú)異常，申請(qǐng)恢復(fù)10kV八羊Ⅱ線分支線路，調(diào)度同意。運(yùn)維人員試送分支開(kāi)關(guān)不成功，開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘，造成用戶變壓器爆炸。調(diào)度員看見(jiàn)室內(nèi)燈光閃爍，聽(tīng)到站內(nèi)有爆炸聲響，監(jiān)控系統(tǒng)顯示：八建線916開(kāi)關(guān)，1、2號(hào)主變低壓側(cè)910、920開(kāi)關(guān)跳閘，3Uo=167V，10kV母線失壓。開(kāi)關(guān)跳閘情況如圖1所示。當(dāng)班調(diào)度第一時(shí)間判斷可能是10kV八羊Ⅱ線的分支線開(kāi)關(guān)送電至故障線路造成越級(jí)至該站1、2號(hào)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，即安排運(yùn)維人員檢查處理。運(yùn)維人員檢查發(fā)現(xiàn)站內(nèi)10kV八建線916開(kāi)關(guān)柜發(fā)生爆炸，濃煙滾滾，無(wú)法進(jìn)行操作。待濃煙消散后，運(yùn)維人員將故障點(diǎn)隔離。隨后將10kV母線轉(zhuǎn)至冷備用并搖絕緣合格，申請(qǐng)送電。大約兩小時(shí)后，基本上恢復(fù)了各非故障線路的運(yùn)行。保護(hù)信息見(jiàn)表1。

2.2 原因分析

2.2.1 開(kāi)關(guān)柜爆炸原因分析

首先是10kV八羊Ⅱ線分支線路的用戶變壓器發(fā)生C相接地，零序電壓二次值為116V，引起該站10kV系統(tǒng)非故障相電壓升高，五分鐘內(nèi)就發(fā)展到相間短路，短路電流達(dá)到分支DL917-2開(kāi)關(guān)保護(hù)整定值，開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘。運(yùn)維人員檢查分支開(kāi)關(guān)跳閘后，沒(méi)有及時(shí)排除故障就申請(qǐng)?jiān)囁碗?，試送不成功又自?dòng)跳閘。由于帶故障線路試送電引起該站10kV系統(tǒng)過(guò)電壓，零序電壓二次值為167V，非故障相電壓再次升高，從而導(dǎo)致該站10kV系統(tǒng)絕緣設(shè)備最薄弱點(diǎn)八建線9162線路側(cè)刀閘的下隔離支柱瓷瓶對(duì)地絕緣[1]擊穿放電，如圖2所示，形成相間弧光短路產(chǎn)生達(dá)10860A（由表1的916開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段數(shù)據(jù)估算）的強(qiáng)大短路電流。開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，開(kāi)關(guān)跳閘分開(kāi)過(guò)程中，在開(kāi)關(guān)真空包內(nèi)拉弧并形成連續(xù)電弧，當(dāng)電流一次值達(dá)11460A（由表1的916開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅲ段數(shù)據(jù)估算）時(shí)，開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅲ段加速出口，由于開(kāi)關(guān)已運(yùn)行20年，老化嚴(yán)重，開(kāi)斷性能下降，未能及時(shí)熄滅真空包內(nèi)高能量電弧，造成開(kāi)關(guān)真空包發(fā)生爆炸。由于故障點(diǎn)靠近10kV母線，導(dǎo)致該站1、2號(hào)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)復(fù)壓閉鎖方向過(guò)流Ⅱ段出口，開(kāi)關(guān)跳閘，10kV母線失壓，同時(shí)1、2號(hào)電容器也因系統(tǒng)受沖擊，欠壓保護(hù)動(dòng)作跳閘。

事件的直接原因：系統(tǒng)單相接地，引起過(guò)電壓擊穿設(shè)備絕緣，然后形成相間短路，造成性能下降的916開(kāi)關(guān)爆炸，將停電范圍擴(kuò)大至母線。

圖2 故障后的9162刀閘

表2 相關(guān)保護(hù)裝置采集的故障量與整定值比較

間接原因：一是用戶設(shè)備質(zhì)量較差，變壓器絕緣被擊穿形成單相接地引起過(guò)電壓；二是該站10kV設(shè)備老化，設(shè)備性能降低，設(shè)備絕緣水平逐漸下降，因系統(tǒng)發(fā)生接地產(chǎn)生間歇性過(guò)電壓擊穿設(shè)備絕緣所致。

2.2.2 保護(hù)動(dòng)作分析

①線路參數(shù)。該站10kV出線的架空線約11.5千米，單芯電纜線路約1.98千米，三芯電纜線路約4.91千米，總電容電流約11A，符合規(guī)程規(guī)定。

②故障時(shí)，相關(guān)保護(hù)裝置采集的故障量與整定值比較見(jiàn)表2。

③保護(hù)分析。由表2數(shù)據(jù)可知，該站10kV系統(tǒng)受到強(qiáng)大的短路接地電流沖擊，引起916、910、920開(kāi)關(guān)及1、2號(hào)電容器保護(hù)啟動(dòng)。理論上916開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段應(yīng)先于311、924開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘，但由于916開(kāi)關(guān)運(yùn)行年限已久，開(kāi)關(guān)老化，開(kāi)斷性能降低，在22:06:29:920，916開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段保護(hù)出口，動(dòng)作電流90.5A，超過(guò)整定值39A，保護(hù)動(dòng)作跳閘。此時(shí)，916開(kāi)關(guān)真空包內(nèi)拉弧，短路電流持續(xù)，重合閘動(dòng)作，重合于永久性故障，22:06:30:338重合閘后加速動(dòng)作，過(guò)流Ⅲ段加速出口，動(dòng)作電流95.5A。此時(shí)，故障仍然存在，故障電流達(dá)到1、2號(hào)主變低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流Ⅱ段1時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳閘，切除故障。

3 防范措施

3.1 供電單位應(yīng)敦促相關(guān)用戶按規(guī)程規(guī)定做好設(shè)備的日常維護(hù)、定期試驗(yàn)和檢修工作。在線路故障停電時(shí)，要求用戶電工能及時(shí)巡視、檢查自身的設(shè)備，及時(shí)向供電部門(mén)報(bào)告異常情況。

3.2 線路故障跳閘后，未排除故障前，運(yùn)維人員不得對(duì)開(kāi)關(guān)強(qiáng)送電，不得依靠強(qiáng)送電來(lái)查找接地故障。

3.3 供電單位應(yīng)科學(xué)合理設(shè)置線路分支、分段開(kāi)關(guān)和用電設(shè)備開(kāi)關(guān)，并重新核實(shí)調(diào)整各級(jí)開(kāi)關(guān)的保護(hù)配置問(wèn)題，以提高供電可靠性，減少故障停電范圍。

3.4 供電單位應(yīng)加強(qiáng)站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)維管理和風(fēng)險(xiǎn)管控，及時(shí)更換陳舊設(shè)備，同時(shí)儲(chǔ)備一些關(guān)鍵備品、備件，以備不時(shí)之需。

3.5 近年來(lái)，該站35kV、10kV 系統(tǒng)電纜持續(xù)增加，供電單位應(yīng)計(jì)算10kV 系統(tǒng)電容電流的大小，校核是否應(yīng)加裝消弧線圈或小電阻接地。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)上述分析，設(shè)備絕緣性能的降低，在電網(wǎng)發(fā)生異常時(shí)，將給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)較大的危害，需要通過(guò)科學(xué)合理的方法進(jìn)行治理與防范。運(yùn)維單位應(yīng)盡快解決設(shè)備所存在的缺陷，避免事故再次發(fā)生。