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      施耐德APCUPS電源SURT6000UXICH系統單相接地造成PT損壞原因分析

      來源: 2021/10/29 16:02:09??????點擊:

      施耐德APCUPS電源SURT6000UXICH系統單相接地造成PT損壞原因分析

       目前,我國6kV線路電力網絡均采用中性點不接地或經消弧線圈接地的方式運行,該系統最大特點是發生單相接地時,系統線電壓仍然對稱,且故障電流很小,不影響連續供電,系統仍可運行1-2h[1]。在上述系統中,依據單一選線方法只針對部分故障信息進行處理,存在選線不準確的問題。另外,由于單相接地發生后,PT常因鐵磁諧振燒毀,雖然對此做了大量的分析研究,采取了一些預防措施,但是由于系統結構的復雜性、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的安全運行。因此,有必要探討單相接地保護功能的優化及消除系統鐵磁諧振的措施。
        
        1 事故概述
        
        某年3月31日13點30分,某廠一循S02變電站內(一循SO2變電站系統圖如圖1所示)值班員發現后臺報警,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段饋線開關分位;④化驗樓Ⅰ段饋線開關分位(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維修站1#饋線、化驗樓1#饋線開關跳閘,S02變電站6kVⅠ段母線B相電壓為0V,電話匯報電氣調度及電氣主管。
        
        13:35分,電氣人員檢查本站和下級變電站開關及保護動作情況。13:47分,下級重整SS09變電站6105高壓柜帶0211-C-2202C壓縮機跳閘;13:50分,重整裝置0211-C-2202A壓縮機啟動失敗跳閘;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SS03變電站將152路燈箱式變停電。停電后,I段系統接地故障消失。
        
        14點10分,電氣人員在檢查重整SS09變電站時,發現變電站內有很大焦糊味,6kVⅠ、Ⅱ段母線三相電壓顯示均為0V,進一步檢查發現2臺6kVPT燒壞。為配合裝置及時恢復生產,將微機綜保上的低電壓保護功能退出后,壓縮機啟動成功。15:00系統恢復送電。
        
        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行土建作業施工時,將罐區SS03變電站饋出的廠外路燈箱式變6kV電纜挖斷,發生接地故障。造成化驗樓及維修站各一路饋線跳閘。UPS所帶重要負載在電池耗盡后斷電。
        
        罐區SS03變電站小電流接地選線系統未正常動作,接地點持續發生弧光短路接地,導致罐區SS03變電站、一循S02變電站及重整SS09變電站6kVI段系統諧振過電壓,最終重整SS09變電站2臺6kVPT燒壞,造成重整SS09變電站高壓電動機低電壓保護動作停車。
        
        (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,導致PT損壞;
        
       ?、诠こ坦臼┕ぷ鳂I人沒有嚴格執行廠內作業程序,動土作業票未經電氣人員確認,且在事故發生后未在第一時間將故障信息反饋給相關人員;
        
       ?、垭姎庀嚓P人員在突發事故情況下,未嚴格執行事故應急預案,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施工調試和試驗時,沒有將有流閉鎖功能正確投用,在發生PT故障時,沒有閉鎖低電壓跳閘功能,導致高壓電機跳閘。
        
        3 事故問題的詳細分析
        
        (1)小電流選線裝置誤動作分析
        
        本次事故,罐區SS03變電站小電流接地選線系統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。當一次系統中某相發生接地時,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,小接地電流系統發生單相接地故障后,系統產生零序電壓和零序電流。理論分析結果是: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該是最大的,但是由于現場測量誤差等原因,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,發現在未發生接地故障時,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,在線路側接地,避免形成短路環,如圖4所示。發生單相接地故障時,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后與電容電流進行疊加,從而對設備采樣造成干擾,將會造成誤報警或誤動作。我們利用停電的機會對發生誤動作的出線開關進行檢查,發現回穿零序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
        
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        電壓互感器是把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓,供保護、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通過的電流增大,造成二次熔斷器熔斷或二次開關跳閘,影響表計指示或監控系統失實及引起保護誤動;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,導致2臺PT二次開口三角形成串聯回路,一旦發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,內阻很小,因而在2臺PT開口三角內形成很大環流,此環流共持續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生。鐵磁式諧振過電壓出現在6kV系統(中性點未直接接地)中時,必須同時具備以下2個條件:電網中有諧振的激發因素,如間歇性接地問題、電壓出現擾動等;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中,如果系統運行狀態有突變,母線對地電容與電壓互感器的非線性電感間有可能發生并聯諧振過電壓。因過電壓頻率往往遠低于額定頻率,鐵心處于高度飽和狀態,電壓互感器的繞組有可能因勵磁電流過大而損傷[2]。
        
        電力系統中性點未接地時,受到勵磁本身特性的影響,在電力系統穩定運行的過程中,勵磁感抗值遠超對地容抗值,因此無法形成諧振。但電力系統出現電壓波動時,電壓互感器的鐵芯處于飽和狀態,會降低勵磁感抗值,使得勵磁感抗與對地容抗值相近,進而出現諧振過電壓。電網系統中性點不接地的情況下,受到互感裝置、對地電容和參數不同的影響,將會出現以下3種鐵磁共振情況:分頻諧波、基波、高次諧波,產生基波共振的情況時,通常會發生電力系統一相電壓驟然降低、其他兩相電壓升高的情況,此時電力系統中的中性點電壓數值比相電壓數值略高。同時,出現基波諧振時,中性點會位移至三角形外,三相電壓的穩態數值存在明顯的不對稱,對地電壓數值最高值可達到相電壓數值的3.5倍?;ㄖC振的持續時間較長,其也對電壓互感裝置等電氣設備的絕緣性、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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