施耐德APCUPS電源SURT6000UXICH系統(tǒng)單相接地造成PT損壞原因分析
施耐德APCUPS電源SURT6000UXICH系統(tǒng)單相接地造成PT損壞原因分析
目前,我國6kV線路電力網(wǎng)絡(luò)均采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式運行,該系統(tǒng)最大特點是發(fā)生單相接地時,系統(tǒng)線電壓仍然對稱,且故障電流很小,不影響連續(xù)供電,系統(tǒng)仍可運行1-2h[1]。在上述系統(tǒng)中,依據(jù)單一選線方法只針對部分故障信息進(jìn)行處理,存在選線不準(zhǔn)確的問題。另外,由于單相接地發(fā)生后,PT常因鐵磁諧振燒毀,雖然對此做了大量的分析研究,采取了一些預(yù)防措施,但是由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、運行方式的靈活性、消諧措施的局限性,使得PT飽和引起的鐵磁諧振仍然威脅著電力系統(tǒng)的安全運行。因此,有必要探討單相接地保護(hù)功能的優(yōu)化及消除系統(tǒng)鐵磁諧振的措施。
1 事故概述
某年3月31日13點30分,某廠一循S02變電站內(nèi)(一循SO2變電站系統(tǒng)圖如圖1所示)值班員發(fā)現(xiàn)后臺報警,報警信息為:①一循線路32接地;②一循線路30接地;③維修站Ⅰ段饋線開關(guān)分位;④化驗樓Ⅰ段饋線開關(guān)分位(小電流選線裝置出口動作于分閘)等事件信號。S02變電站值班人員檢查確認(rèn)維修站1#饋線、化驗樓1#饋線開關(guān)跳閘,S02變電站6kVⅠ段母線B相電壓為0V,電話匯報電氣調(diào)度及電氣主管。
13:35分,電氣人員檢查本站和下級變電站開關(guān)及保護(hù)動作情況。13:47分,下級重整SS09變電站6105高壓柜帶0211-C-2202C壓縮機(jī)跳閘;13:50分,重整裝置0211-C-2202A壓縮機(jī)啟動失敗跳閘;13:54分,接到電話:廠外土建施工時誤將152路燈箱變電纜挖斷。14:04分,在罐區(qū)SS03變電站將152路燈箱式變停電。停電后,I段系統(tǒng)接地故障消失。
14點10分,電氣人員在檢查重整SS09變電站時,發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)有很大焦糊味,6kVⅠ、Ⅱ段母線三相電壓顯示均為0V,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)2臺6kVPT燒壞。為配合裝置及時恢復(fù)生產(chǎn),將微機(jī)綜保上的低電壓保護(hù)功能退出后,壓縮機(jī)啟動成功。15:00系統(tǒng)恢復(fù)送電。
2 事故原因分析
(1)直接原因
本次事故直接原因是施工單位在廠外進(jìn)行土建作業(yè)施工時,將罐區(qū)SS03變電站饋出的廠外路燈箱式變6kV電纜挖斷,發(fā)生接地故障。造成化驗樓及維修站各一路饋線跳閘。UPS所帶重要負(fù)載在電池耗盡后斷電。
罐區(qū)SS03變電站小電流接地選線系統(tǒng)未正常動作,接地點持續(xù)發(fā)生弧光短路接地,導(dǎo)致罐區(qū)SS03變電站、一循S02變電站及重整SS09變電站6kVI段系統(tǒng)諧振過電壓,最終重整SS09變電站2臺6kVPT燒壞,造成重整SS09變電站高壓電動機(jī)低電壓保護(hù)動作停車。
(2)間接原因
?、僦卣鸖S09變電站在高壓柜安裝時,施工單位將小電流選線裝置上的電壓互感器二次L/N線接錯,導(dǎo)致PT損壞;
②工程公司施工作業(yè)人沒有嚴(yán)格執(zhí)行廠內(nèi)作業(yè)程序,動土作業(yè)票未經(jīng)電氣人員確認(rèn),且在事故發(fā)生后未在第一時間將故障信息反饋給相關(guān)人員;
?、垭姎庀嚓P(guān)人員在突發(fā)事故情況下，未嚴(yán)格執(zhí)行事故應(yīng)急預(yù)案，缺乏綜合判斷和處置能力，影響了事故處理時間。超過了UPS后備延時30min的時間;
?、苤卣鸖S09變電站在高壓柜保護(hù)施工調(diào)試和試驗時,沒有將有流閉鎖功能正確投用,在發(fā)生PT故障時,沒有閉鎖低電壓跳閘功能,導(dǎo)致高壓電機(jī)跳閘。
3 事故問題的詳細(xì)分析
(1)小電流選線裝置誤動作分析
本次事故,罐區(qū)SS03變電站小電流接地選線系統(tǒng)未選出故障回路并動作,而一循S02變電站小電流接地選線裝置誤動作,造成了事故范圍的擴(kuò)大。我們首先了解一下小電流選線裝置的工作原理:小電流接地選線裝置采集各段母線電壓,電壓信號源自母線上電壓互感器開口三角二次電壓,如圖2所示。正常時每相繞組對地電壓為額定相電壓,故二次星形每相繞組電壓是100/3V。開口三角形每相繞組電壓是100/3V。當(dāng)一次系統(tǒng)中某相發(fā)生接地時,接地相繞組電壓降到零,其他兩相繞組的電壓升高到線電壓。二次星形繞組的A相繞組電壓降到零,其他兩相繞組電壓升高到100V。此時,接地相電壓為零、另兩相升高為線電壓,由此得知一次系統(tǒng)單相接地。二次開口三角形的接地相繞組電壓降到零,其他兩繞組電壓升高到100/V,三角形開口兩端電壓升高到100V。
一循小電流選線裝置采用基波零序電流比幅法,小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后,系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓和零序電流。理論分析結(jié)果是:故障線路零序電流等于非故障線路零序電流之和。因此,故障線路零序電流應(yīng)該是最大的,但是由于現(xiàn)場測量誤差等原因,實際計算值不一定是最大,有可能是次之或更次之。因此,電流最大值判別造成誤判,是本次誤動作的主要原因。
如圖3所示,當(dāng)1號線路接地時,則接地電流為
,若2號線路電流為10A,3號線路電流為0.1A,4號到n號線路電流為0.2A,則1號線路與2號線路電流接近,若用電流最大值判別,很難區(qū)分接地線路,因此,再加上電流方向判別,才不會誤判,因此,建議在電流幅值比較的基礎(chǔ)上,加上相位比較,增加選線裝置的可靠性。
另外,我們察看了所有出線的零序電流,發(fā)現(xiàn)在未發(fā)生接地故障時,個別線路也有0.002～0.01A不等的零序電流。本次故障回路6kV出線柜采用鎧裝中置式開關(guān)柜,零序CT加裝在電纜頭下方。施工工藝要求零序互感器上方電纜外皮接地線必須穿過CT后,在線路側(cè)接地,避免形成短路環(huán),如圖4所示。發(fā)生單相接地故障時,非故障線路的零序電流為本線路的對地電容電流,穿過零序CT流向故障點,電纜外皮的雜散電流沿著外皮流向接地點,如果接地線不回穿零序CT,電纜外皮中的電流單次流過零序CT后與電容電流進(jìn)行疊加,從而對設(shè)備采樣造成干擾,將會造成誤報警或誤動作。我們利用停電的機(jī)會對發(fā)生誤動作的出線開關(guān)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)回穿零序CT的時候,屏蔽線與固定電纜金屬支架有一定程度的接觸,導(dǎo)致電纜屏蔽線在回穿零序CT之前接地了,這可能是造成本次小電流選線裝置誤動作的原因之一。
(2)電壓互感器損壞原因分析
①電壓互感器的作用
電壓互感器是把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓,供保護(hù)、計量、儀表裝置使用。
其所通過的電流由二次回路阻抗的大小來決定.電壓互感器本身阻抗很小,二次回路短路時二次側(cè)通過的電流增大,造成二次熔斷器熔斷或二次開關(guān)跳閘,影響表計指示或監(jiān)控系統(tǒng)失實及引起保護(hù)誤動;也極易損壞電壓互感器。
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?二次接線錯誤
重整SS09變電站在高壓柜安裝時,施工單位將小電流選線裝置上的電壓互感器二次L/N線接錯,導(dǎo)致2臺PT二次開口三角形成串聯(lián)回路,一旦發(fā)生一段母線單相接地時,一段PT二次開口三角有100V電壓輸出,由于PT為電壓源,內(nèi)阻很小,因而在2臺PT開口三角內(nèi)形成很大環(huán)流,此環(huán)流共持續(xù)27min,造成2臺PT二次線圈過熱。圖5和圖6分別給出電壓互感器接線原理圖和電壓互感器二次錯誤接線圖。
?鐵磁諧振
本次單相接地事故,造成重整SS09變電所6kV消諧裝置啟動,因此判斷有鐵磁諧振產(chǎn)生。鐵磁式諧振過電壓出現(xiàn)在6kV系統(tǒng)(中性點未直接接地)中時,必須同時具備以下2個條件:電網(wǎng)中有諧振的激發(fā)因素,如間歇性接地問題、電壓出現(xiàn)擾動等;勵磁感抗與對地容抗比值剛好匹配。
在中性性非有效接地系統(tǒng)中,如果系統(tǒng)運行狀態(tài)有突變,母線對地電容與電壓互感器的非線性電感間有可能發(fā)生并聯(lián)諧振過電壓。因過電壓頻率往往遠(yuǎn)低于額定頻率,鐵心處于高度飽和狀態(tài),電壓互感器的繞組有可能因勵磁電流過大而損傷[2]。
電力系統(tǒng)中性點未接地時,受到勵磁本身特性的影響,在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的過程中,勵磁感抗值遠(yuǎn)超對地容抗值,因此無法形成諧振。但電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓波動時,電壓互感器的鐵芯處于飽和狀態(tài),會降低勵磁感抗值,使得勵磁感抗與對地容抗值相近,進(jìn)而出現(xiàn)諧振過電壓。電網(wǎng)系統(tǒng)中性點不接地的情況下,受到互感裝置、對地電容和參數(shù)不同的影響,將會出現(xiàn)以下3種鐵磁共振情況:分頻諧波、基波、高次諧波,產(chǎn)生基波共振的情況時,通常會發(fā)生電力系統(tǒng)一相電壓驟然降低、其他兩相電壓升高的情況,此時電力系統(tǒng)中的中性點電壓數(shù)值比相電壓數(shù)值略高。同時,出現(xiàn)基波諧振時,中性點會位移至三角形外,三相電壓的穩(wěn)態(tài)數(shù)值存在明顯的不對稱,對地電壓數(shù)值最高值可達(dá)到相電壓數(shù)值的3.5倍?；ㄖC振的持續(xù)時間較長,其也對電壓互感裝置等電氣設(shè)備的絕緣性、耐受力提出了更高要求。
綜上所述,由于PT二次接線錯誤及諧振過電壓兩方面的原因,造成了PT的損壞。
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