浅议线路故障引起站内设备损坏事件的原因分析

浅议线路故障引起站内设备损坏事件的原因分析

张旭

（昆明供电局云南昆明650000）

摘要：本文通过对某运行的10kV线路发生单相接地发展至相间故障过程分析，总结出故障持续对站内隔离开关热稳定性能影响的因素，判断得出站内设备虽然故障损坏但故障点不在站内设备方面的结论，为以后设备运行维护及设备故障查找提供经验。

关键词：线路故障；隔离开关；；电弧

一、事件发生经过

某日4点48分110kV某变电站10kV线路过流Ⅰ段保护动作，重合闸动作不成功，站内值班人员现场检查线路保护装置动作正常，开关柜及柜内设备无异常，出线电缆无异常，但在室外出线铁塔上避雷器发现有疑似放电点，申请停电隔离后检查发现线路侧隔离开关B相靠线路侧线夹烧融，B相线路避雷器顶部有烧融痕迹，B相避雷器引下线与线路接头处有烧蚀痕迹。

二、变电设备检查情况

1、对该线路跳闸前对隔离开关红外测温巡视数据收集如下：

3、故障录波装置检查情况

主变故障录波器在故障发生过程中有两个故障录波文件。

第一个录波文件为C相单相接地故障录波文件，故障开始后10kVⅠ母电压、1号主变低压侧电流出现异常，10kVⅠ母C相电压接近于0，A、B相相电压升至线电压，并且出现零序电压。

图1C相单相接地故障初录波图

线路C相单相接地故障录波文件录波长度为1分钟，后续波形均为相同电流电压波形。

图2C相单相接地故障后续录波图

第二个录波文件为B、C相相间故障录波文件，故障前波形与上一份单相接地故障波形一致。录波文件显示故障初1号主变低压侧B、C相电流突然增大，169.2ms后故障电流消失。

图3B、C相相间短路故障波形

BC相故障电流消失后，10kVⅠ段母线电压恢复正常。

故障后1288.2ms，B、C相故障电流再次出现。

故障后1460ms，B、C相故障电流再次消失，10kVⅠ母电压恢复。

图4B、C相相间短路故障波形

三、故障原因分析

1.保护装置信息及故障录波信息

保护装置报文以及故障录波文件的信息汇总如下：

线路C相发生单相接地故障，装置整组启动，故障持续1min36s后发展为两相短路故障。

以两相短路故障电流出现为故障初时刻，3.4ms装置整组启动，故障电流超过过流Ⅰ段保护整定值，经100ms延时后，装置于116.4ms出口，169.2ms断路器完成分闸，此时故障电流消失，母线电压恢复正常。保护出口至断路器分闸时间为52.8ms。

重合闸在过流Ⅰ段出口后，经1s延时，于1221.4ms出口，1288.2ms断路器完成合闸，两相短路故障电流再次出现。重合闸出口至断路器合闸时间为66.8ms。

两相短路故障电流再次出现后，超过过流Ⅰ段保护整定值，经100ms延时，装置于1401.4ms再次出口跳开断路器，1460ms断路器完成分闸，故障电流消失，母线电压恢复正常。保护出口至断路器分闸时间为58.6ms。

在整个保护动作过程中，保护装置正常启动，保护出口时间和断路器分合闸时间都在正常范围内。结合现场对开关柜和保护装置的检查情况，确定开关柜内设备及保护装置无异常。

2.故障分析判断

图5线路避雷器试验报告

在人员到站检查后发现线路侧隔离开关B相靠线路侧线夹烧融，B相线路避雷器顶部有烧融痕迹，B相避雷器引下线与线路接头处有烧蚀痕迹，结合故障录波文件及现场一二次设备检查情况来看可以确定故障点在线路侧B、C相之间。

由于在站内线路出线铁塔上发现线路侧隔离开关动触头瓷瓶有疑似闪络放电痕迹，并不能完全排除站内出现相短路接地故障。

①假设是异物在铁塔上导致了C相接地，那这个异物就要1min36s的单相接地短路电流，以及两相短路故障时分别持续了169.2ms和171.8ms，高达几千安的短路电流。出线铁塔上并未发现能够导致线路接地的异物，也未发现异物燃烧后的残渣。

②线路出线铁塔避雷器拆下后试验合格，避雷器内部未被击穿，表面绝缘也未被破坏。外表有锈蚀和脏污，但并不严重，正常运行电压不足以超过其闪络电压。同时线路避雷器试验报告显示3只避雷器表面存在脏污、锈蚀和爬电放电痕迹，但是结合现场检查未在避雷器槽钢上发现任何放电痕迹。

③假如跳闸原因是站外C相接地故障，导致A、B两相电压由相电压升高至线电压，在站内出现B相绝缘击穿形成B、C两相相间短路，断路器跳闸，重合闸动作，动作不成功，重合闸动作不成功是由于C相持续绝缘击穿导致B、C相相间短路。

故障电弧是有发展过程的，电弧初期，弧柱温度较低，电弧电阻较大，电弧输入功率较大且大于散发功率，多余的功率用来提高弧柱温度和直径。而随着弧柱温度提高和直径增大，电弧电阻减小，电弧输入功率减小，电弧散发功率增大，最终达到平衡，进入稳定燃烧阶段。从录波图形上看，前后两次相间短路故障的故障电流，都是直接进入平稳的阶段，说明相间短路故障过程中，短路电阻并未发生过变化。其次，第一次故障切除到故障电流再次出现，间隔了1119ms。故障电流由断路器切除后，电流降为0，B相隔离开关瓷瓶电弧已经熄灭。交流电弧是重燃是要以20ms的周期来分析的，和1119ms根本不在一个尺度上。交流电弧的重燃是较为困难的，即使是正在燃烧的电弧，在每个周期电流过零后，也要极高的温度才能保持热惯性，使空气持续电离，保持热击穿状态。瓷瓶表面的闪络在熄灭了1119ms后，其热量已经丧失很多，无法与电弧燃烧时相比，更无法保持热击穿状态。弧柱温度在3000度以下时，热电离作用就基本停止了，瓷瓶表面的空气至少在1119ms的时间内，都要保持在至少3000度以上，才有可能保持热电离状态，如此长时间的高温，瓷瓶表面应该会收到较严重的损坏，但目前隔离开关仍处于正常运行的状态。

并且结合站内设备检查情况来看，相间短路造成的巨大危害与站内设备检查情况不符合。

④故障以前曾经巡检测温发现线路侧隔离开关动触头引流线有发热迹象，当由于站内B、C相短路接地故障引起断路器跳闸故障危害应特别巨大。现场检查发现线路侧隔离开关动触头B相引流线有烧蚀现象，但未熔断。

综上四点，判断C相接地故障发展为B、C短路相接地点故障点不在出线铁塔上，应为线路外故障持续发展引起。

四、结论

综上所述，线路故障跳闸是因为线路上出线C相接地情况，B、A两相相电压升高为线电压，持续1min36s后在B相线路绝缘薄弱处造成绝缘击穿，从而导致B、C两相的相间短路接地故障，断路器跳闸。由于隔离开关线路侧线夹是螺栓型线夹，使用的钢质压紧螺栓与铝质线夹和铝导线热膨胀系数不一样。在长期的运行中，随负荷和温度的变化，钢和铝的膨胀系数有差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形。当运行温度过高时，线夹就会产生位置错开，形成狭小的间隙，接触面就会出现氧化膜。随时间的退移，加之大自然的腐蚀，接触电阻就会增大。避雷器引下线与线路接头处是通过缠绕连接的，连接不可靠，随运行时间的增长和自然腐蚀，接触电阻也逐渐增大。次增大的电阻可能不会影响正常运行，但通过10kA的故障电流时，就会产生大量的热量，从而烧坏接头。由于短时间的热量传递，在隔离开关B相动触头瓷瓶上发现局部烧伤痕迹，同时当隔离开关动触头烧蚀产生的热量传递至线路避雷器时，在线路避雷瓷瓶上出现疑似锈蚀痕迹。

参考文献：

[1]《GB1985-2014高压交流隔离开关和接地开关》

[2]《DL/T969-2005变电站运行导则》