10kV开关拒动引起主变差动保护原因及防范措施

10kV开关拒动引起主变差动保护原因及防范措施

谢焕平

广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000

摘 要：高压开关柜作为电网的重要设备，高压开关柜是否适用，直接影响电网的安全运行。文章针对某220kV变电站10 kV 开关拒动引起主变差动保护的问题，分析了故障原因，并提出了防范措施，为后续同类型故障的分析提供指导，同时对高压开关柜设备的质量提出更严要求。

关键词：10 kV开关；220kV；变电站; 差动保护; 措施

0 引言

近年来，社会用电量大幅上升，人们对电力安全也更加重视。其中，10kV高压开关柜作为影响电力系统运行安全及稳定的基础设备，其运行质量直接决定了电力系统的运行质量。但是，10kV高压开关柜本身较易出现故障，对电网的稳定运行造成了巨大威胁，必须加强其故障防范。下文以某220 kV 变电站 10 kV 开关拒动引起主变差动保护的现场实际案例为例，通过现场检查及录波保护图分析，由外及内发掘问题所在。通过本起案例，根据现场实践经验，总结出一系列的预防性措施。

1 故障概述

某220 kV变电站故障前，10 kVⅠ、Ⅱ段母线分段运行，1、2 号主变及 10 kV 母线正常运行，901、902 开关处于运行位置，10 kV 电容器 972、973、974 开关合位，10 kV 站用变 971 开关合位，10 kVⅡ母 PT9027 刀闸合位。2018 年10 月 2 日17 时 41 分 13 秒，人和站 2 号主变保护差动及后备保护动作，跳开 2 号主变三侧开关。

2 故障原因分析

2. 1 现场检查

保护人员主控室现场检查发现，2 号主变保护差动保护动作及低压侧后备保护动作跳开 2 号主变三侧开关。

检修人员开门进入10kV高压室现场检查，发现 2 号主变10kV 侧902开关柜内有明火。灭火后进入 10kV开关室检查，2号主变 10 kV侧902开关柜严重烧毁，相邻的 10 kVⅡ段母线 PT柜、10kV 站用变 971 开关柜受影响，也存在烧毁现象; 902 开关柜母线室母排灼伤严重，其余10 kV II 段母线室铝排变形严重，10 kVⅡ段不具备立即恢复母线送电条件。10 kVⅡ段电容器柜二次系统设备烧损严重，10kVⅠ段开关柜经停电检查、清扫粉尘后具备投运条件。

2. 2 原因分析

( 1) 故障录波器录波分析

现场检查录波情况，录波启动的时间为 2018年10月2日17时41分13秒，196录波启动后约1059 ms，10kVⅡ母B相电压出现异常，在1700 ms直接接地，在10 977 ms时候发展成为三相短路故障，此时保护装置启动，三相短路故障持续约 1．7s后，在 1657 ms时，ABC 三相电压为零，B 相电流为零，判断B相CT二次线已烧损。整个短路故障共持续2s后，在13000 ms，保护装置动作出口，切除故障跳开2号主变三侧开关在13000 ms时，2号主变 220 kV侧 202 开关，110 k侧102开关，10 kV侧902开关位置都由合位变为跳位。现场实际检查发现 902 开关在合位，疑似是在保护动作之前 902 开关位置在录波器上已经受到影响，由于开关柜燃烧影响开关控制电缆所导致。

( 2) 保护装置录波分析

保护装置型号: 深圳南瑞 prs－778s差动定值: 5Ie ; 低后备定值: 7A ; 过流2时限: 2s。

故障时间为 2018 年10月02日17时41分23秒506，波形显示为三相短路故障，保护启动，经过2000 ms 差动保护和后备保护同时动作后出口，跳开主变三侧开关，二次故障电流有效值为23 A、CT 变比 3500 /5、一次电流: 16 166 A。

通过以上故障录波及保护装置波形分析，开关柜初始故障B相接地故障，发展为三相短路故障，此时故障点在断路器室( 断路器上静触头盒) ，为差动保护区外，低后备保护区内(定值2 s) ，2s时低后备保护动作，但同时差动保护动作跳开 2 号主变三侧开关。

( 3) 2 号主变差动保护动作原因分析

对2号主变10kV侧902开关柜进行检查，发现902开关CT、902开关CT到902小车开关下静触头之间铝排没有放电烧损现象，仅表面附着粉尘，同时检查 902CT 至主变低压侧母线桥也没有故障点，既然差动保护区内没有一次故障，差动保护应不会启动。

在对902开关柜检查时发现小车开关室内严重烧损，判断本次故障是在 902 开关柜小车开关室内。在对2号主变10 kV侧902开关进行检查时发现保护动作后 902 开关仍在合位，结合现场902 开关仪表室检查发现由于开关柜内故障，902开关柜二次线烧损，判断故障导致902开关柜CT二次回路短路，判断故障导致B相电流受到影响，判断故障导致 AB相电流受到影响，从而引起差动保护动作。

( 4) 结合现场一次检查情况分析

检修人员进入10 kV高压室检查时发现2号主变10 kV侧 902开关柜柜内有明火，灭火后发现902开关柜柜内烧损最为严重。进一步对10 kV 902 开关柜小车开关、小车开关静触头盒、母排进行检查时，发现该开关柜 B 相静触头处烧损最为严重( 如图1所示) ，再结合上述故障录波图分析，确定故障原因首先为10 kV 902 开关柜 B相上静触头处发生单相接地，然后故障发展为相间短路。

图 1 开关柜静触头烧毁情况

( 5) 2 号主变10 kV侧902开关B相上静触头接地故障原因分析

在对10 kV 902小车开关B相上静触头座进行检查时，发现 B 相静触头座底部有发热烧损痕迹，检修人员检查发现 B 相螺栓拧紧度是足够的，初步怀疑原因如下:

B 相上静触头座材质为铜，而静触头座底部连接排为铝，铜铝长期搭接，会由于电化学反应，导致接触面接触不好而导致发热。

铜铝电化学反应: 当把铜和铝用简单的机械方法连接在一起，特别是在潮湿并含有盐分的环境中( 该变电站潮湿，空气中水分、盐分含量较高) ，铜、铝这对接头就相当于浸泡在电解液内的一对电极，便会形成电位差( 相当于1．68V原电池) 。在原电池作用下，铝会很快地丧失电子而被腐蚀掉，从而使电气接头慢慢松弛，造成接触电阻增大。当电流流过时，接头发热，温度升高还会引起铝本身的塑性变形，更使接头部分的接触电阻增大。如此恶性循环，直到接头烧毁为止。

B相上静触头座底部连接排与B相上静触头连接仅靠一颗螺栓固定，而铝材材质较软，用一颗螺栓进行压接，极易导致因压接不好而导致接触面不够而发热 ( 902 正常运行时通过电流为1 500 A左右) 。

上触头座底部发热将会引起 B 相上动静触头处发热，持续发热导致该相静触头盒绝缘能力降低、动触头弹簧弹性降低，动触头弹簧压紧力度不够，恶性循环，导致动静触头间弧光放电，烧损弹簧及静触头盒，导致 B 相上静触头座处对地放电。

3 预防措施

针对发现的小车开关动触头压紧弹簧存在质量问题，举一反三，对辖区内 10 kV 开关柜弹簧进行检查，及时更换有质量瑕疵的弹簧。加强开关柜安装施工工艺监督，改善开关柜运行环境。清理所有高压开关柜检修周期，到期及时安排检修。同时，建议缩短10 kV高压开关柜检修周期，排查设备问题，提高设备的运行可靠性。

4　结束语

10kV高压开关柜在运行过程中较易出现各种故障，如绝缘故障，老化严重，拒动、误动故障，电器元件异常，防爆等级设计过低等，对电力系统的安全、稳定运行造成了严重影响。对此，必须充分落实相应的故障防范措施，通过提高开关柜质量，提升绝缘性能，改善运行环境及落实巡检工作等方式，从多个方面防范10kV高压开关柜故障，为电力系统的高效运行提供基础保障。

参考文献

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