某水電廠10 kV廠用電母線接地及諧振報警分析

顧 挺

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610000)

1 故障產生

某水電廠10 kV廠用電母線由6段廠內901～906M 10 kV母線和3段廠外907～909M 10 kV母線及其二次設備組成。其中廠內6段10 kV母線主要為廠內6臺600 MW水輪發電機組提供機組自用電電源，廠外3段10 kV母線主要為壩區泄洪設施、進水口設施提供電源。其中902M 10 kV母線位于廠內安裝間10 kV配電室、907M位于廠外壩區10 kV配電室，正常工況下902M與廠外907M聯絡運行由安裝間10 kV 902M供電。902M上共有9個負荷(含1個廠外輔助洞負荷973開關)，907M上共有6個負荷。902M和907M 10 kV及輔助洞供電。2017年12月02日10:39 監控系統CCS報：“ 2號機組故障錄波啟動報警”“壩區907M 10 kV消諧裝置報警”“壩區907M 10 kV接地報警”“安裝間902M 10 kV PT 902YH消諧裝置報警”“安裝間902M 10 kV接地報警”。

2 故障檢查及特征

2.1 故障檢查

現場檢查壩區10 kV 907M/909M聯絡刀閘柜上小電流接地選線裝置報“母線:1000出線接地:1001”(顯示回路為90702開關)、安裝間10 kV 902M/903M聯絡刀閘柜上小電流接地選線裝置顯示“母線:2000出線接地:2006”(顯示回路為90207開關)，907M及902M消諧裝置面板上均有“諧振”“接地”報警指示燈點亮?，F地檢查2號機故障錄波啟動原因為“2號高廠變低壓側3U0突變量啟動”。檢查907M、902M及其各負荷開關運行正常，在該時間段內無大負荷啟停動作，無相關設備切換操作，現地報警信號均可手動復歸。

2.2 故障波形及接地分析

2.2.1 10 kV單相接地故障特征

10 kV系統為不接地系統，發生金屬性單相接地時，故障相電壓接近零，非故障相對地電壓升高為原來倍(二次側電壓由59 V升高至100 V)。故障點的零序電壓與正常相電壓大小相等，故障點電流為三相對地電容電流之和，母線PT開口三角形兩端出現3U0接近100 V，微機消諧裝置將啟動，同時小電流接地選線裝置發生接地報警信號。

發生非金屬性短路接地時(即經過渡電阻接地)，故障相電壓比正常相電壓要低，非故障相電壓不超過線電壓，母線PT開口三角形處兩端電壓出現3U0大于30 V時，也會啟動微機消諧裝置及小電流選線裝置報警。

發生瞬時性的單相接地時，一旦接地故障點消除，非接地相在故障期間已充電的電荷只能通過電壓互感器高壓線圈經其自身的接地點接入大地。在這一瞬間電壓突變過程中，電壓互感器高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，此時易構成相間串聯諧振，引起三相電壓波形畸變。

2.2.2 902M、907M10 kV發生接地及諧振數據分析

通過對12月02日發生的故障錄波圖進行分析(如圖1)，證實902M、907M確實發生了瞬時單相金屬性接地故障(接地時間約0.64 s)，接地故障瞬時消失后產生了諧振，1.08 s后波形恢復正常。如圖1所示，圖中T1時刻發生故障，并隨之產生零序電壓3U0。故障后，A相電壓降低為5 V、B相電壓升高為102 V，C相電壓升高為108 V，整個過程持續0.64 s?？蜻x部分為接地波形段(0.64 s)，右側波段直至T2為接地消除后系統震蕩恢復過程波形。兩相電壓升高一相電壓降低是不接地系統單相接地故障的典型特征。根據單相接地故障判據，確定此次事件接地相為A相。

圖1 2017年12月02日902M、907M接地故障錄波圖

2.2.3 902M、907M 10 kV小電流接地選線分析

根據上述2.2.2分析，10kV 902M或907M發生了明顯的瞬時金屬性接地現象，且接地消失后產生了0.2 s左右諧振。查看大壩10 kV小電流選線裝置顯示907M第1支路90702開關進線回路有接地故障，查看安裝間10 kV小電流選線裝置顯示902M第6支路90207開關出線回路有接地故障，兩者均指向了902M至907M之間10 kV電纜發生了瞬時性金屬接地。

3 接地及諧振報警

2017年01月10日、2016年06月25日也發生了兩次10 kV單相接地故障，與本次事件報警信號相同，經查詢接地相分別是B、C相，二次側電壓均降低了10～20 V，但此次接地相A相二次側電壓由59 V降至5 V左右(如圖1)，基本趨近于0，10 kV系統發生了瞬時金屬性接地。

3.1 產生原因

(1)若902M、907M小電流接地選線裝置選線均正確，則90207開關至90702開關之間10 kV長距離電纜發生了單相瞬時金屬性接地；

(2)若902M小電流裝置選線正確，907M小電流裝置選線不正確，則可能是907M母線或其饋線開關出線側發生了單相接地；

(3)若907M小電流裝置選線正確，902M小電流裝置選線不正確，則可能是902M母線或其饋線開關出線側發生了單相接地；

(4)若902M、907M小電流裝置選線均不正確，則902M母線及其饋線、907M母線及其饋線分別均發生了單相接地；

(5)902M 10 kV上至輔助洞負荷973開關下級負荷發生了單相接地，導致電廠902M、907M10 kV接地和諧振報警；

(6)902M、907M上10 kV大功率負荷啟停，如10 kV檢修排水泵、滲漏泵等，造成了10 kV母線PT磁飽和從而產生了鐵磁諧振，使系統中性點位移產生對地的零序電壓，反應在母線PT的開口三角形處會發生接地報警信號，誤將虛幻接地認為是母線單相接地；

(7)400 V系統大功率負荷投退，如壩頂門機、進水口門機、壩頂值守樓、廠內外400 V大功率水泵的啟?；蜻\行過程中發生接地，導致10 kV接地及諧振的發生。

3.2 原因分析

針對上述3.1產生原因的7種情況，分析如下：

(1)對于情況1，兩段母線小電流選線裝置均指向90207開關至90702開關之間電纜，該長距離電纜發生單相瞬時接地有較大可能；

(2)對于情況2，在本次事件發生前，檢修人員已開票對10 kV 907M母線絕緣、907M饋線絕緣進行了分相絕緣測試，絕緣均合格，故該種情況排除；

(3)對于情況3，22B低壓側至922開關進線側電纜(曾經發生過22B低壓側電纜頭燒損事件)、902M母線、902M饋線由于未進線絕緣測試，此種情況不能排除；

(4)對于情況4，902M、907M小電流選線裝置同時誤選的可能性較小，兩段聯絡母線同時發生了同相不同支路的接地情況概率極小，故該種情況排除；

(5)對于情況5，故障發生時錦屏電網調度室已匯報廠錦Ⅰ回、錦輔Ⅰ回下級負荷無跳閘、無接地情況。但現場輔助洞10kV母線微機消諧信號并未直接送至調度室，值班人員匯報情況并非正確，需進一步排查，并不能排除輔助洞內存在問題的可能性；

(6)對于情況6，10 kV大功率負荷啟停造成的無論是基波諧振、分頻諧振或倍頻諧振，諧振產生的波形與單相接地產生的波形有明顯的區別；不接地系統發生諧振時，三相波形會依次或同時升高變化，并伴有波形畸變和尖角波，圖1是典型的單相接地波形，10 kV系統必然是先發生了單相接地故障，故該種情況排除。

(7)對于情況7，400 V系統是經廠用變壓器中性點接地系統，廠用變高壓側是角形接線、低壓側是星形接線且中性點直接接地，如400 V大功率負荷在啟停過程中發生瞬時接地，400 V開關過流保護將動作跳開三相，故障錄波可能會啟動，但不會導致10 kV母線接地和諧振報警，故該種情況排除。

3.3 初步結論

綜合上述3.1、3.2的分析，得出以下結論：

(1)10 kV 902M至907M之間10 kV長電纜(含進出線電纜頭)A相，22B低壓側至902M進線、902M母線及其各負荷出線電纜(含進出線電纜頭)A相，均可能存在絕緣隱蔽缺陷，由于受到外界異物的接觸或移位，導致了瞬間單相接地(注:907M進線、母線及饋線本次事件發生前，絕緣已測量合格)；

(2)902M、907M10 kV母線及其饋線回路(含下級10 kV隔離柜)設備本身絕緣正常，由于外界小動物等異物接觸母線或出線裸露導體部分，導致瞬時單相接地；

(3)10 kV 902M下級輔助洞10 kV系統某處負荷發生了單相接地，導致上級902M、907M10 kV產生接地及諧振現象。

4 排查建議

4.1 902M進線、母線及負饋線全面排查

針對12月02日10 kV單相瞬時接地事件，待22B及902M轉檢修時，進一步對22B低壓側至902M進線、902M母線及其各負荷出線電纜進行絕緣檢查，進一步查找發生瞬時單相接地回路。

4.2 902-907M之間長距離10 kV電纜絕緣檢查

具備條件時，在90207開關出線側對902M至907M之間10 kV電纜分相搖測絕緣，必要時進行交流耐壓試驗，進一步確認該長距離電纜回路無隱蔽缺陷。

4.3 輔助洞10 kV系統全面排查

對973開關出線10 kV電纜(至輔助洞)對側錦西變電站及輔助洞10 kV系統檢查，鑒于輔助洞內多次發生接地故障導致廠內10 kV消諧裝置報警，督促設備管理單位全面排查輔助洞內10 kV電纜情況及開關柜防火封堵情況。

4.4 10 kV 902M、907M PT高壓側熔斷器檢查

對902M、907M10 kVPT高壓側熔斷器進行必要檢查，發生單相接地現象瞬時消失時，由于三相電壓的變化，電壓互感器將會產生較大的激磁電流，電壓互感器高壓側熔斷器有可能會發生損傷。建議后續對母線PT高壓側熔斷器進行必要檢查。

5 排查結果

根據上述4.1～4.4排查建議，電廠檢修人員對902M、907M進線電纜、饋線電纜、10 kV開關進行了檢查及預試，對10 kV小電流接地選線裝置、故障錄波裝置進行了檢查。檢查結果如下：

(1)902M、907M10 kV母線及其10 kV饋線回路(含下級10 kV隔離柜)所有進出線電纜頭及所有導體無燒損、放電現象，電纜終端無放電、變色、鼓包、破損，柜內絕緣件無裂紋或損壞，無老鼠等異物，檢查10 kV開關柜、隔離柜內進出線電纜防火封堵完好、無破損；

(2)對10 kV 902M至907M之間長距離電纜分相搖測絕緣合格，交流耐壓合格，未發現電纜回路明顯缺陷；

(3)檢查902M、907M 10 kV各柜內電壓互感器高壓側熔斷器未發生熔斷，PT外觀無破損，用萬用表測量其直流電阻，各保險直流電阻無明顯差異。902M、907M10 kV電纜預試完成，預試均合格；

(4)檢查輔助洞10kV系統配電柜內備臟污比較嚴重，部分設備有放電痕跡，輔助洞10 kV開關站內錦輔I回進線電纜頭有放電痕跡，電纜室孔洞封堵不規范、部分孔洞未封堵，存在小動物通過孔洞進入配電室可能；輔助洞負荷下級至錦屏山隧道內箱變電氣設備有老化現象，部分電纜頭、絕緣子存在放電痕跡。

6 結 語

根據上述排查情況，可得出本次接地及諧振事件產生的結論：廠內902M及907M電氣設備無異常，盤柜孔洞已封堵完好，不存在導致902M、907M接地諧振的外部風險；輔助電網(錦西110 kV變電站/輔助洞10 kV開關站)存在導致902M、907M接地諧振的外部風險；輔助洞10 kV系統供電的錦屏山隧道配電也存在導致902M、907M接地諧振的外部風險。通過本次接地故障特征的分析、產生原因梳理、排查建議，最終排查出了廠外輔助洞故障的外部隱患風險導致廠內發生了多次接地，后續電廠將制定整改措施和計劃，將輔助洞系統實施改造，降低多負荷的單相接地風險，確保電廠廠用電安全。