站在本专业的角度,每一次电力设备故障可能都比较简单、明确,但如果能够融合各专业的视角和信息,却往往会变成一个相对复杂的过程。
某站接线方式简化如下图。变电站511线路保护配置过流I段(0.3秒),过流II段(1.3秒)。主变保护配置差动保护,低后备复压方向保护0.6秒跳501断路器。某日站内继电保护动作,顺序为511过流I段保护动作跳开511断路器,0.3秒后变压器低后备复压方向保护动作跳开501断路器,间隔大约10毫秒后变压器差动保护动作跳开各侧断路器。下图为变压器高压侧故障录波图。故障电流大约持续750毫秒,其中655毫秒左右存在大约10毫秒的故障电流消失。现场检查,发现511开关柜下部出线电缆发生短路(K1),这是511过流保护动作的原因。
现场检查,发现511开关柜上部10kV母线有放电痕迹(K2),这是511保护动作跳开断路器后故障电流持续的原因,也是变压器低后备复压方向保护动作跳开501的原因。以上两个故障很好理解,这也是10kV开关柜故障常见的故障发展形式。十八项反措也专门要求“选用开关柜时应确认其母线室、断路器室、电缆室相互独立,且均通过相应内部燃弧试验”,从而避免柜内故障的扩大。
从录波图上看到,变压器低后备复压方向保护动作跳开501断路器后故障电流消失了大概10毫秒,随后故障电流再次出现,变压器差动保护随即动作。现场检查,发现变压器低压侧母线进入机械室的穿墙套管位置,存在放电痕迹(K3)。这一故障点处于变压器差动保护范围内,因此变压器差动保护动作跳开各侧开关。作为继电保护动作而言,上面的分析清晰明确。但是为什么穿墙套管的位置会发生短路故障却需要解释。我们可以把故障时的系统简化成下图。图中电源为系统等效电源,X为系统等效阻抗,XT为变压器等效阻抗,K代表501断路器,K3点为穿墙套管位置。
选用真实变压器和系统的实际阻抗值进行仿真,模拟K断开时K3点对地电压的变化曲线,见下图。可以看到在K打开时(501断路器断开),K3点出现了明显的过电压,从而K3点发生绝缘破坏,也就是录波图中故障电流在501断路器跳开后消失,而大约10毫秒后再次出现。
其实这个分析还不完整。通过电缆头拆解检查,可以发现电缆终端制作不规范的问题。通过查看10kV母线电压可以发现故障前,系统发生了接地造成两相电压升高。各种因素叠加在一起,于是上面的故事开始了。