施耐德APCUPS电源SURT6000UXICH系统单相接地造成PT损坏原因分析

 目前,我国6kV线路电力网络均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式运行,该系统最大特点是发生单相接地时,系统线电压仍然对称,且故障电流很小,不影响连续供电,系统仍可运行1-2h[1]。在上述系统中,依据单一选线方法只针对部分故障信息进行处理,存在选线不准确的问题。另外,由于单相接地发生后,PT常因铁磁谐振烧毁,虽然对此做了大量的分析研究,采取了一些预防措施,但是由于系统结构的复杂性、运行方式的灵活性、消谐措施的局限性,使得PT饱和引起的铁磁谐振仍然威胁着电力系统的安全运行。因此,有必要探讨单相接地保护功能的优化及消除系统铁磁谐振的措施。
　　
　　1 事故概述
　　
　　某年3月31日13点30分,某厂一循S02变电站内(一循SO2变电站系统图如图1所示)值班员发现后台报警,报警信息为:①一循线路32接地;②一循线路30接地;③维修站Ⅰ段馈线开关分位;④化验楼Ⅰ段馈线开关分位(小电流选线装置出口动作于分闸)等事件信号。S02变电站值班人员检查确认维修站1#馈线、化验楼1#馈线开关跳闸,S02变电站6kVⅠ段母线B相电压为0V,电话汇报电气调度及电气主管。
　　
　　13:35分,电气人员检查本站和下级变电站开关及保护动作情况。13:47分,下级重整SS09变电站6105高压柜带0211-C-2202C压缩机跳闸;13:50分,重整装置0211-C-2202A压缩机启动失败跳闸;13:54分,接到电话:厂外土建施工时误将152路灯箱变电缆挖断。14:04分,在罐区SS03变电站将152路灯箱式变停电。停电后,I段系统接地故障消失。
　　
　　14点10分,电气人员在检查重整SS09变电站时,发现变电站内有很大焦糊味,6kVⅠ、Ⅱ段母线三相电压显示均为0V,进一步检查发现2台6kVPT烧坏。为配合装置及时恢复生产,将微机综保上的低电压保护功能退出后,压缩机启动成功。15:00系统恢复送电。
　　
　　2 事故原因分析
　　
　　(1)直接原因
　　
　　本次事故直接原因是施工单位在厂外进行土建作业施工时,将罐区SS03变电站馈出的厂外路灯箱式变6kV电缆挖断,发生接地故障。造成化验楼及维修站各一路馈线跳闸。UPS所带重要负载在电池耗尽后断电。
　　
　　罐区SS03变电站小电流接地选线系统未正常动作,接地点持续发生弧光短路接地,导致罐区SS03变电站、一循S02变电站及重整SS09变电站6kVI段系统谐振过电压,最终重整SS09变电站2台6kVPT烧坏,造成重整SS09变电站高压电动机低电压保护动作停车。
　　
　　(2)间接原因
　　
　　①重整SS09变电站在高压柜安装时,施工单位将小电流选线装置上的电压互感器二次L/N线接错,导致PT损坏;
　　
　　②工程公司施工作业人没有严格执行厂内作业程序,动土作业票未经电气人员确认,且在事故发生后未在第一时间将故障信息反馈给相关人员;
　　
　　③电气相关人员在突发事故情况下，未严格执行事故应急预案，缺乏综合判断和处置能力，影响了事故处理时间。超过了UPS后备延时30min的时间;
　　
　　④重整SS09变电站在高压柜保护施工调试和试验时,没有将有流闭锁功能正确投用,在发生PT故障时,没有闭锁低电压跳闸功能,导致高压电机跳闸。
　　
　　3 事故问题的详细分析
　　
　　(1)小电流选线装置误动作分析
　　
　　本次事故,罐区SS03变电站小电流接地选线系统未选出故障回路并动作,而一循S02变电站小电流接地选线装置误动作,造成了事故范围的扩大。我们首先了解一下小电流选线装置的工作原理:小电流接地选线装置采集各段母线电压,电压信号源自母线上电压互感器开口三角二次电压,如图2所示。正常时每相绕组对地电压为额定相电压,故二次星形每相绕组电压是100/3V。开口三角形每相绕组电压是100/3V。当一次系统中某相发生接地时,接地相绕组电压降到零,其他两相绕组的电压升高到线电压。二次星形绕组的A相绕组电压降到零,其他两相绕组电压升高到100V。此时,接地相电压为零、另两相升高为线电压,由此得知一次系统单相接地。二次开口三角形的接地相绕组电压降到零,其他两绕组电压升高到100/V,三角形开口两端电压升高到100V。
　　
　　一循小电流选线装置采用基波零序电流比幅法,小接地电流系统发生单相接地故障后,系统产生零序电压和零序电流。理论分析结果是:故障线路零序电流等于非故障线路零序电流之和。因此,故障线路零序电流应该是最大的,但是由于现场测量误差等原因,实际计算值不一定是最大,有可能是次之或更次之。因此,电流最大值判别造成误判,是本次误动作的主要原因。
　　
　　如图3所示,当1号线路接地时,则接地电流为,若2号线路电流为10A,3号线路电流为0.1A,4号到n号线路电流为0.2A,则1号线路与2号线路电流接近,若用电流最大值判别,很难区分接地线路,因此,再加上电流方向判别,才不会误判,因此,建议在电流幅值比较的基础上,加上相位比较,增加选线装置的可靠性。
　　
　　另外,我们察看了所有出线的零序电流,发现在未发生接地故障时,个别线路也有0.002～0.01A不等的零序电流。本次故障回路6kV出线柜采用铠装中置式开关柜,零序CT加装在电缆头下方。施工工艺要求零序互感器上方电缆外皮接地线必须穿过CT后,在线路侧接地,避免形成短路环,如图4所示。发生单相接地故障时,非故障线路的零序电流为本线路的对地电容电流,穿过零序CT流向故障点,电缆外皮的杂散电流沿着外皮流向接地点,如果接地线不回穿零序CT,电缆外皮中的电流单次流过零序CT后与电容电流进行叠加,从而对设备采样造成干扰,将会造成误报警或误动作。我们利用停电的机会对发生误动作的出线开关进行检查,发现回穿零序CT的时候,屏蔽线与固定电缆金属支架有一定程度的接触,导致电缆屏蔽线在回穿零序CT之前接地了,这可能是造成本次小电流选线装置误动作的原因之一。
　　
　　(2)电压互感器损坏原因分析
　　
　　①电压互感器的作用
　　
　　电压互感器是把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压,供保护、计量、仪表装置使用。
　　
　　其所通过的电流由二次回路阻抗的大小来决定.电压互感器本身阻抗很小,二次回路短路时二次侧通过的电流增大,造成二次熔断器熔断或二次开关跳闸,影响表计指示或监控系统失实及引起保护误动;也极易损坏电压互感器。
　　
　　②电压互感器故障分析
　　
　　•二次接线错误
　　
　　重整SS09变电站在高压柜安装时,施工单位将小电流选线装置上的电压互感器二次L/N线接错,导致2台PT二次开口三角形成串联回路,一旦发生一段母线单相接地时,一段PT二次开口三角有100V电压输出,由于PT为电压源,内阻很小,因而在2台PT开口三角内形成很大环流,此环流共持续27min,造成2台PT二次线圈过热。图5和图6分别给出电压互感器接线原理图和电压互感器二次错误接线图。
　　
　　

•铁磁谐振
　　
　　本次单相接地事故,造成重整SS09变电所6kV消谐装置启动,因此判断有铁磁谐振产生。铁磁式谐振过电压出现在6kV系统(中性点未直接接地)中时,必须同时具备以下2个条件:电网中有谐振的激发因素,如间歇性接地问题、电压出现扰动等;励磁感抗与对地容抗比值刚好匹配。
　　
　　在中性性非有效接地系统中,如果系统运行状态有突变,母线对地电容与电压互感器的非线性电感间有可能发生并联谐振过电压。因过电压频率往往远低于额定频率,铁心处于高度饱和状态,电压互感器的绕组有可能因励磁电流过大而损伤[2]。
　　
　　电力系统中性点未接地时,受到励磁本身特性的影响,在电力系统稳定运行的过程中,励磁感抗值远超对地容抗值,因此无法形成谐振。但电力系统出现电压波动时,电压互感器的铁芯处于饱和状态,会降低励磁感抗值,使得励磁感抗与对地容抗值相近,进而出现谐振过电压。电网系统中性点不接地的情况下,受到互感装置、对地电容和参数不同的影响,将会出现以下3种铁磁共振情况:分频谐波、基波、高次谐波,产生基波共振的情况时,通常会发生电力系统一相电压骤然降低、其他两相电压升高的情况,此时电力系统中的中性点电压数值比相电压数值略高。同时,出现基波谐振时,中性点会位移至三角形外,三相电压的稳态数值存在明显的不对称,对地电压数值最高值可达到相电压数值的3.5倍。基波谐振的持续时间较长,其也对电压互感装置等电气设备的绝缘性、耐受力提出了更高要求。
　　
　　综上所述,由于PT二次接线错误及谐振过电压两方面的原因,造成了PT的损坏。