高压供配电系统PT故障的探析及反思

妙昭龙

摘要：高压供配电是指用于配电、测量和连接电缆的高压配电设备。它能起到断路、控制或保护的作用，在高压供配电系统中得到了广泛的应用。高压供配电安全可靠运行是保证供配电有序运行的基础。高压供配电一旦发生故障，往往会造成大规模停电，影响居民生活和工业生产。由于高压供配电结构复杂，涉及断路器、熔断器、各种仪表、保护器等元件，故障形式多样，故障诊断和处理往往比较困难。为了提高高压供配电故障判断的处理速度，缩短停电影响时间，有必要对高压供配电常见故障及处理方法进行研究。

关键词：高压供配电系统；PT故障；探析；反思

1高压供配电常见故障分析

1.1 合闸、分闸故障

高压供配电的合闸方式分为手动和电动两种。前者一般为机械故障，后者为电气故障。手动关闭一般可通过现场处理进行。供配电故障往往是由保护动作、保护故障、电气联锁等引起的，导致合闸后立即跳闸，即使转换开关处于合闸位置，开关也总是连续跳闸。按分闸故障和合闸故障可分为电气故障和合闸故障。机械故障易于判断和处理。电气故障主要由控制电路断路、线圈或辅助开关故障引起。在此基础上，可以逐个确定分闸电气故障的类型，并采取相应的处理措施。

1.2储能故障

有些高压供配电装置有弹簧储能机构，开关闭合后才能合闸。供配电弹簧储能机构由电机驱动，通过齿轮对弹簧进行拉伸。机械零件磨损和电气故障是储能机构失效的主要原因，其中电气故障是主要原因。现场调查发现，电动机故障、行程开关调整不当、线路断路等都会导致储能机构储能失效。具体表现为运动停止和储能不到位。

1.3绝缘故障

高压供配电绝缘故障一般是指当绝缘部件的绝缘强度或绝缘间隙小于外加电压时发生的绝缘击穿，造成绝缘损坏。开关的绝缘故障属于电气故障，绝缘损坏过程往往具有长期性和隐蔽性的特点。通过对绝缘故障的分析，得出90%的绝缘故障存在空气绝缘距离不足，这是造成供配电系统绝缘故障的主要原因；62%的绝缘故障存在绝缘老化现象，也是造成绝缘击穿的重要原因；25%的绝缘故障有绝缘材料不良和质量低劣。同时，高压供配电维护不够，绝缘件未及时更换，运行环境恶劣。因此，可以从这些方面采取措施消除绝缘故障。

1.4 拒动、误动故障

误操作和误操作是高压供配电系统中最常见的故障。分析表明，机械故障和电气故障是引起故障的主要原因。机械故障是指操作机构或传动机构卡涩、零件变形或损坏、铁芯和分、合轴销松动或变形等，导致供配电拒动和误操作；电气故障是指电气控制回路或者辅助回路中的接线不良, 端子出现松动, 扭转开关和辅助开关不灵活, 合闸接触器出现故障等, 电气故障相比于机械故障引起供配电拒动和误动比例要超出50%, 且电气故障检测和维修难度相对更大。

2故障探析

高压供配电二次系统故障主要有三个问题：一是二段母线外线午间闪络原因；二是二段母线ah12隔离、Pt柜、二次系统故障原因；三是一段母线ah1隔离、Pt柜及二次系统故障原因。以上三个问题相辅相成，相互联系。只有循序渐进地分析，才能更深层次地了解故障的原因和过程。

2.1二段客车外线中午闪络原因分析。经设备厂家检查，10kV户外真空分界线开关控制器（控制回路）正常，不存在因控制器误发操作指令而导致真空开关频繁动作的可能性。即使有操作指令，三相同时动作，B相不能单独动作。初步判断，下午瞬间闪火的主要原因是室外真空分界线开关真空室内B相点火，升温后间歇性点火（电弧接地）的原因是什么，需要返厂维修并查明原因。这也是此前检查中未怀疑10kV户外真空分界线开关的原因。对于低压侧电压瞬时升高，非故障a、C相对地电压（UL）由B相点火（电弧接地）引起，但系统的线电压保持不变。

2.2二段母线ah12隔离、Pt柜及二次系统故障原因。在中性点不直接接地的系统中，在单相接地（点火、电弧接地）等故障的激励下，系统可能发生谐振，导致PT铁芯过饱和，PT的输出电压或通过它的电流会突然异常升高，造成设备绝缘击穿甚至爆炸。本次事故中，二段母线10kV外线B相被点燃（电弧接地），导致A、C相瞬间电压跳变，ah12隔离及Pt柜输入电压同时随外线电压变化。过电压引起Pt铁芯饱和、线圈电感降低和铁磁谐振。谐振回路的谐振过电压和大电流常导致PT过热。特别是周二下午，二段母线10kV外线检查跌落保险时，短时间频繁断线再次导致铁磁谐振，最终导致B相Pt过热损坏。由于用63a3p空气开关代替了PT输出6.3a3p空气开关，在铁磁谐振过程中的“高压过流”情况下，B相PT输出没有断开。当五条加热的Pt输出线熔化了它们自己的外壳时，与孔连接在一起的闭合和控制母线护套被熔化，形成了九线（+HM，-HM，+km，-km）的外部绝缘板。由于ⅠⅠⅠ段控制母线闭合母线及外绝缘片损坏，形成一定的接地阻抗，为Ⅰ段母线ah1隔离、Pt柜及二次系统故障埋下隐患。

2.3一段母线ah1隔离、Pt柜及二次系统故障原因。当日16:32～18:40，高压供配电二次系统I、II段合闸母线与控制母线形成一定的阻抗接地，电缆始终处于发热状态。由于一段发热，与孔绑在一起的Pt输出线外绝缘皮熔化，由于与II段相同的原因，Pt输出短路后，输出空气开关没有打开，导致事故进一步扩大。最后，ah1隔离、Pt柜内三台Pt损坏，二次系统合闸母线、控制母线及各种保护线路等数十根电缆一起烧毁，Pt柜航空插头、保护软管损坏严重。当Pt输出短路时，直流屏的合闸母线和控制母线空气开关也跳闸，导致高压柜面板上的所有指示灯熄灭，所有手动操作失灵。

3故障排除

对于正常广播，高压供配电二次系统故障恢复及Pt更换采用I段和II段原则。两段线路完成后，在周二下午检修期间，两段10kV外线将同时切断，然后进行集中测试。

I段Ah12机柜损坏较小。一个是更换Pt手车上的所有三个Pt（两个没有损坏的Pt作为备用）；另一个是更换从Pt柜航空插头到仪表舱的4条闭合母线（+HM，-HM）、控制总线（+km，-km）和5条Pt输出线。一段Ah1柜损坏严重。一是Pt手车上的三个Pt全部更换完毕；二是Pt手车的公、母航空插头及保护软管已更换；三是仪表舱、电缆舱、Pt手车、AHI柜隔离手车的电缆全部更换。另外，ah1、ah12柜Pt输出空气开关由63A 3P空气开关恢复为出厂6.3a3p空气开关；同时更换了AH6柜4根闭合母线和控制母线。

在周二的停电期间，在双向电源故障后，直流面板的电源首先恢复。高压柜面板指示灯亮。所有手车位置逐一测试，状态显示正常。ah2、ah11柜内高压真空断路器手车移至工作位置后，操作高压柜开关合闸动作，未合闸（失电跳闸）；其次，检查安全措施，确保AH6柜高压真空断路器手车处于试验位置，一段母线10kV电源恢复。此时ah1柜电压仪表指示正常，跨接线上各点电压正常。再次，ah2柜高压真空断路器合闸成功，同时确保AH6柜高压真空断路器手车处于试验位置，二段母线10kV电源恢复。此时ah12柜电压表指示正常，跨接杆上各点电压正常。再次合上ah11柜高压真空断路器，断开ah2、ah11柜内高压真空断路器，摇动手车至试验位置，进行ah2、AH6、ah11高压真空断路器合闸试验。三个高压真空断路器中只有两个同时成功闭合。

结束语

高压系统供配电既要考虑技术上的可行性，又要考虑经济上的合理性。根据负荷性质、用电能力、工程特点和区域供电条件，合理确定设计方案。

参考文献

[1] 中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施——电气[M].北京:中国计划出版社, 2018.

[2] 北京市建筑设计研究院.建筑电气专业技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社, 2017.

[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社, 2016.