一起10kV接地变跳闸事故的分析

一起10kV接地变跳闸事故的分析

摘要：本文从变电站运行工作的实际需要出发，对接地变—消弧线圈这一特殊系统进行了简明扼要的分析。从一起由单相接地故障发展为接地变过流保护动作并造成接地变开关跳闸的事故入手，对比分析可能的事故原因，指出接地变—消弧线圈容量不足是保护动作跳闸的关键原因。分析了电缆线路不断增多，系统发生单相接地时流过接地变的电容性电流逐步增大最终造成接地变跳闸的过程，提出了问题的解决方案，并探讨了在日常运行工作中对此类问题的预防措施。

关键词：接地变；消弧线圈；单相接地；电容电流；故障电流

0引言

随着城市发展，10kV电缆造成的电网电容电流增加，使得经消弧线圈接地逐渐成为城市10kV系统中性点接地的主要方式[1]。由于降压变电站10kV侧多采用三角形接线，不能直接引出中性点，故通常在10kV母线上接入Z型接线的接地变压器（简称接地变）[2]，在其中性点接入消弧线圈，同时兼作站用变之用。接地变-—消弧线圈系统成为保证变电站可靠运行和电网安全稳定的关键设备，对其运行状况进行监测，及时发现隐患保证系统安全运行具有重要意义。

1 事故经过及检查结果

2012年12月某日下午，110kV ZS变电站发生1号接地变105开关跳闸事故。

事故前运行方式：10kVⅠ、Ⅱ段母线分列运行，1、2号接地变运行。站用电为“Ⅰ主供、Ⅱ备供”方式。

接地变及消弧线圈额定参数见表1。

14时15分21秒20毫秒，10kVⅠ段母线C相接地。22秒150毫秒，1号接地变保护启动，22秒870毫秒，1号接地变105开关跳闸，切除1号接地变。

站用电备自投动作，站用电进线Ⅰ接触器分闸、进线Ⅱ接触器合闸，站用电切换成功。

表1 ZS变1号接地变—消弧线圈额定参数

现场检查结果如下：

1）1号接地变A、B相保护过流Ⅰ段动作，Imax=0.895a，动作时间0.72S。

2）经检查，站用变、消弧线圈无异常，站用电系统无异常。

3）经查阅，过流Ⅰ段保护定值：I=0.82a，T=0.7S，变比为300/5。保护正确动作。

2 事故分析

运行和检修人员经过现场检查后，对常见的三种保护跳闸可能性进行分析：

（1）接地变保护范围内发生击穿造成相间短路故障。

（2）由于间歇性接地产生谐振过电压，造成接地变过励磁，一次电流超过保护定值。

（3）系统对地电容大，流入接地变的电容电流过大，超过保护定值。

2.1 相间短路的分析

ZS变电站105开关三相均装有CT，首先发出母线C相接地故障信号，如果系接地变系统故障，应在健全相（A相或B相）发生击穿后，与C相构成对地电流回路，发展为A-C相故障、B-C相故障或三相故障，实际的保护动作电流显示，A、B相过电流，C相电流继电器未启动，结合现场外观检查，基本排除接地变相间故障的可能。

2.2 过励磁的分析题

接地变压器的非接地相绕组承受的电压为正常时的倍，其铁心磁通密度小于普通电力变压器[3]，一般不会因磁通饱和造成注入的励磁电流急剧增大引起过励磁；此次接地故障发生后仅1.13秒，保护即启动，也未出现间歇性接地过电压的迹象。所以基本排除第二种可能。

2.3 电容电流过大的分析

保护动作时，流经105开关流变A、B相一次的电流分别为

其电流数量级与系统电容电流相当。

对发生单相接地时系统电压、电流分析如下：

ZS变电站的10kV系统采取单母线分段接线，Ⅰ段母线发出接地信号时，接地点入地电流IK，来自该段母线所有运行设备健全相的对地电容电流[5]。其值等于正常运行时每相对地电容电流的3倍，即每相对地电容电流的代数和，消弧线圈控制装置通过采样与计算给出的电容电流即为此电流值[4]。经补偿后的接地点入地电流IK称为“残流”。

消弧线圈控制屏显示：消弧线圈档位为15档（最高档），中性点电压6062V，电容电流为100.6A，中点电流为66.05A，残流为-31.55A。

消弧线圈已调至最高档，其视在功率为

此数值与消弧线圈铭牌值相符，消弧线圈已充分发挥作用。

将上述电流值代入公式（4）计算可得

站用负荷为30kV A，其电流值为

该电流基本上是电阻性分量，此外还有接地变的励磁电流分量，与电容性电流叠加后对数值影响不大，此处不再深入讨论。考虑到保护级CT的误差可达5%，可以判断上述电流值与保护装置的采样值相符。

综合上述分析可知：此次跳闸事故系注入接地变的电容电流达到保护定值引起。

2.4 进一步探讨

单相接地故障属于10kV系统常见故障，该站此前从未发生过因单相接地直接引起接地变跳闸的情况，应进一步查明前几次接地与此次接地的区别。

分析前8次接地故障时的参数，并查阅运行记录，发现近2个月以来ZS变10kV I段母线先后投运两条电缆线路。

表2前8次接地故障电流

从表2可见，该段母线上所有间隔的总电容电流值ICC呈现出逐步增大的趋势。根据上式计算，当总电容电流ICC达到100.4A时，如发生金属性接地，其接地变健全相注入电容电流约为57.96A，二次值为0.96A，足以引起保护跳闸。而前一次接地未引起接地变跳闸则是因为接地阻抗较大，中性点电压较低，实际流过接地变的电容电流较小所致。本次接地故障较接近金属性接地，故A、B相的注入电流达到保护动作值，引起跳闸。

3 问题的解决途径

该接地变过流保护定值是按照额定电流的2倍整定的：

即动作电流

如果增大该整定值，以避免跳闸，则该接地变在大电流下持续运行，将严重影响使用寿命甚至造成接地变烧毁的严重事故。

根据上表可以看出，该套接地变、消弧线圈的补偿能力约为66A，而系统的电容电流已达到100A以上，消弧线圈已长期工作在欠补偿状态。

在电网可靠性要求高、用户停电困难的情况下，减小系统总电容量也较为困难，且在一定时期内，出线电缆线路的条数、配电网分支电缆线路条数和总长度都会继续增加，系统的电容电流还将进一步增大。

因此，解决此矛盾的根本途径在于：对现有系统进行改造，更换更大容量的接地变和消弧线圈，并重新整定保护定值。在更换接地变消弧线圈期间，10kV I 段母线的设备将暂时失去消弧线圈的补偿作用，但不可因此将两段母线并列运行，以免造成两段母线系统电容电流总和过大，单相接地时，发生2号接地变因同样原因跳闸，站用交流全部失去的严重事故。

4 运行中的预防措施

要预防此类事故再次发生，除了及时对系统电容电流进行测定外，还应在日常巡视中注意以下两点：

1）巡视中关注消弧线圈调节情况，如果需要进一步调节，但由于已调到最大档位，无法调高时，即应重点关注，避免发生欠补偿、全补偿，甚至出现容量严重不足，直至电容电流过大引起保护动作。