(.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 6004；

2.国网凉山供电公司，四川 凉山 615000；3.国网眉山供电公司，四川 眉山 620010)

0 引 言

35 kV电网承担着直接向大用户(工业用户)供电的重任。大用户生产情况复杂并缺乏相应保护措施常引发电网故障[1-3]。

四川电网某110 kV变电站35 kV侧在12个月内连续发生4起因用户作业引起相间击穿进而发展为三相故障，造成严重电网损失和较大影响，是现有35 kV供电系统存在安全风险的典型案例。

下面以此案例为分析对象，仔细梳理各次故障的发展过程，找出了引起故障的根本原因，指出现有设备在过电压防护方面存在的缺陷，并提出了治理措施。

1 故障情况

故障1：该变电站1号主变压器中后备保护复压过流Ⅰ段动作，主变压器35 kV侧断路器跳闸。当天该地区天气良好。

根据故障时刻1号主变压器保护装置后备保护录波表明，在03：25：56：00时，1号主变压器35 kV侧发生A、B相间短路，40 ms后演变为A、B、C三相短路故障，主变压器中压侧电流电压如图1所示。

故障发生后，经检查35 kVⅠ母PT避雷器柜内有多点放电痕迹，35 kVⅠ母 PT避雷器柜内A相避雷器第1片瓷套裙边破损严重，A、B、C相避雷器法兰金属部分有多处放电痕迹，避雷器内部未发生故障，如图2所示。

图1 第1次故障1号主变压器保护装置后备保护录波

图2 避雷器瓷套放电

经现场查勘，故障现象为相间短路，而非相对地短路，故障现象与录波情况符合。

故障2： 3个月后，该站1号主变压器301断路器跳闸，35 kVⅠ母失电。故障时刻，变电站周边天气良好，无暴雨、雷电等恶劣天气。

根据1号主变压器跳闸时刻故障录波记录波形，在22：09：41：850时，1号主变压器35 kV侧发生A、B相间短路，15.6 ms后演变为A、B、C三相短路故障，如图3所示。

经检查，35 kVⅠ母PT避雷器间隔有烟雾，C相第1、2、3、4片瓷瓶炸裂，B相避雷器顶端金属部分有烧伤痕迹，B相引流排有三角形缺口，C相避雷器顶端金属部分有灼伤痕迹，如图4所示，地面有炸裂的瓷瓶碎片。

从现场故障现象来看，该次故障为相间短路，故障现象与录波情况符合。

故障3：距第1次故障9个月后，1号主变压器中后备保护限时速断T1、T2动作出口，1号主变压器301断路器跳闸，35 kV Ⅰ母失电。

图3 第2次故障1号主变压器保护装置录波

图4 避雷器柜内放电

根据1号主变压器跳闸时刻故障录波记录波形，在11：58：43时变电站35 kV分段313断路器间隔内发生B、C相间短路故障，经过48 ms发展为A、B、C三相短路故障。录波图如图5所示。

图5 第3次故障1号主变压器保护装置录波

经检查，发现35 kV分段313断路器手车下触头三相触头臂间存在相间放电痕迹，其中A相下触头触指灼伤严重，如图6所示。

经现场查勘，从现场故障现象来看，该次故障为相间短路，故障现象与录波情况符合。

故障4：距第1次故障11个月后，1号主变压器35 kV后备保护装置启动，1号主变压器301断路器跳闸。

图6 35 kV分段313断路器手车故障情况

经检查发现35 kV分段313断路器手车上、下触头三相触头臂间存在相间放电痕迹，手车断路器本体有较大的烟熏、灼伤的痕迹，如图7所示。

图7 35 kV分段313断路器手车烧蚀情况

根据1号主变压器跳闸时刻故障录波记录波形，21：23：43时变电站35 kV分段313断路器间隔内，发生B、C相间短路故障，经过65.6 ms发展为A、B、C三相短路故障。

图8 第4次故障1号主变压器保护装置录波

经现场查勘，从现场故障现象来看，该次故障为相间短路，故障现象与录波情况符合。

2 故障分析

以上4次故障地点位于35 kV侧Ⅰ母避雷器柜或热备用的35 kV分段313断路器，故障前35 kVⅠ母出线某蓝线运行、某矶线长期处于冷备用、某马线在热备用。35 kV 某蓝线用户为锻造厂，由于该厂缺少记录装置，无法确定故障时刻该厂准确的工作程序。通过检查运行操作纸质记录，得知第4次故障发生时，该锻造车正在进行钢水的补料作业，精炼炉在运行。由此推测，4次故障均为该厂进作业时引起。

通过对故障近期录波文件的调取，发现35 kV 某蓝线常有电压、电流波动，引起录波启动如图9、图10所示。图9中，保护启动后，电压出现闪动，距保护启动612 ms，C相达到48.89 kV。在第4次故障当天21：00到发生故障前，共出现了3次电压异常波动。根据录波启动数据记载，多次出现35 kV某蓝线异常波动。

图9 第4次故障录波文件

图10 第3次故障录波文件1

在第2次故障前一周内发生了多次35 kV侧某蓝线间隔内短路，但由于蓝侧保护先切除故障。这两次故障也为相间故障，且故障前出现了较高的过电压，如图11录波。其中B相为-52 kV，C相为70 kV,BC相间已达122 kV，由于录波装置的采集频率有限，存在对波形的采集有缺失，该相间电压可能更高，影响相间绝缘水平。

图11 第3次故障录波文件2

在第2次故障发生后，对35 kVⅠ母柜内避雷器更换了计数器，第3、4次故障发生后对避雷器动作情况进行抄录，35 kVⅠ母避雷器计数器动作情况见表1。

表1 避雷器计数器动作情况

35 kV Ⅰ母避雷器动作，说明避雷器起到了一定的过电压保护作用，但是在避雷器动作的情况下设备仍然在损坏，且故障均为相间故障后发展为三相故障。对于部分特殊负荷，相间过电压不容忽视，据实测数据表明，相间操作过电压最大幅值可达3.7 p.u.。但避雷器仅能保护相对地，缺少相对相之间的保护。当本案例中的锻造厂开展生产时，由于负荷的特殊工作方式，多次发生35 kV侧设备相间击穿，引起设备损坏。

3 治理措施分析

1)35 kVⅠ 母避雷器多次动作，能有效保护相-地的过电压，但是对于相-相间缺少保护措施。针对这种情况，可以采用避雷器或者阻容吸收装置来限制过电压。据了解，用户侧的电弧炉和精炼炉已安装了阻容过电压吸收器，但用户侧和变电站35 kV侧依然出现设备相间击穿，因此建议增加相间避雷器进行保护[4]。

2)目前，可以实现相间保护的避雷器有四元件和六元件。

四元件避雷器宜选择四柱式避雷器，而非三柱式，避雷器额定电压为51 kV，其直流参考电压、雷电冲击电流残压满足规程JB/T 10496-2005《交流三相组合式无间隙金属氧化物避雷器》的要求[5]，具体见表2。

表2 避雷器直流参考电压、雷电冲击电流残压要求

若与被保护设备A、B、C三相高压端连接的元件称为相元件，与地线连接的元件称为地元件，为保证其多次动作容量要求，其容量应满足相元件等效方波冲击耐受不低于400 A，地元件应耐受不低于1200 A等效方波冲击电流，其他试验要求满足GB/11032-2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》的要求[6-7]。

避雷器各元件的4/10 μs大电流冲击耐受按照等效方波后选取，相元件大电流冲击65 kA，地元件100 kA，应耐受4/10 μs大电流冲击试验6次，其他要求满足GB/11032-2010的要求。

未提及试验应满足JB/T 10496-2005和GB/T 11032-2010的要求。

六元件目前尚未有成熟产品，体积较大，若采用六元件，要求对地元件进行各元件电流分布试验，各元件平均参考电流值下的参考电压偏差不得大于参考电压规定值的±1%。

3)增加的相间保护避雷器必须带有效的监测装置，分别监测地元件、相元件的动作次数、泄漏电流(或阻性电流)。

4)对避雷器各元件的动作次数及泄漏电流要定期抄录，一旦出现泄漏电流异常要及时更换，动作次数过多也需要考虑缩短周期更换。

4 结 语

1)大用户作业是引起相间电压升高的直接原因，保护缺失是导致故障扩大、设备损坏的根本原因。

2)35 kV系统未根据用户特点在一次设备相间过电压防治上采取措施且缺少保护，是导致故障扩大直至引起一次设备损坏的原因。

3)根据35 kV避雷器动作情况可知，避雷器实现了可靠的相对地保护。对于这类炼钢用户冲击负荷，为防治35 kV系统因相间过电压引起的故障，建议采用四元件或六元件避雷器进行防治。