电气故障现场：10千伏系统电压不平衡的分析及处理

笔者通过运用交流耐压、温度变化、直流泄露等三种高压诊断试验方法，对一起10kV系统电压不平衡的缺陷现象进行了诊断分析。最终确认故障原因，并对该类缺陷提出防范措施。

某110kV变电站在进行10kV线路送电时，运行人员通过后台监控系统发现10kVⅡ段电压不平衡（10kV母联断路器在分闸状态），Ua=61.4kV,Ub=74.1kV,Uc=50.9kV, 3U0=30V。

运行人员查看10kVⅡ段保护装置， Ua=60.9V,Ub=100.1V,Uc=38.1V,Uab=123.3V，Ubc=103.1V，Uca=75.0V，3U0=31.2V。并且保护装置所有数据波动较大。

通过分析以上数据，变化前10kVⅡ段系统相电压不平衡，线电压也不平衡。运行人员随机将10kVⅡ段电压不平衡退出运行，通过观察10kVⅡ段电压互感器、避雷器外观无损坏痕迹。

1、设备故障检查过程

1.1 外观检查情况

通过现场对10kVⅡ段电压互感器、避雷器进行外观检查，并无发现有放电、损坏等现象。电压互感器二次端子接线无松动迹象。

1.2 电压互感器检查试验

针对10kV系统相电压不平衡，线电压也不平衡。根据实际工作经验，首先对该电压互感器一次绕组末端“N”进行紧固检查，未发现松动或断线迹象。同时对该电压互感器进行电气试验，表1为相应试验数据。

表1 10kVⅡ段电压互感器试验数据

从表1试验数据结果，查找电气试验规程，电压互感器的直流电阻互差未超出规程规定的±5%，绝缘电阻大于规定值1000 MΩ、绕组变比未超出规程规定的±5%。根据状态检修规程，属于正常状态，排除电压互感器对电压不平衡的影响。

1.3 避雷器检查试验

由于电压互感器和避雷器存在电气上的连接，所以排除电压互感器的故障原因外，随即对避雷器进行电气试验检查，表2为试验数据。

表2 10kVⅡ段避雷器试验数据

从表2试验结果可知， C相绝缘电阻为0，B相绝缘电阻为200MΩ.A相绝缘电阻为100000 MΩ。B相和C相绝缘电阻小于规程规定的1000 MΩ。直流试验：A相避雷器在1mA直流泄露电流对应的电压值为26.3k

取其电压75%（26·3×0·75=19·4 kV）泄露电流小于50μA。B、C两相直流试验失败。检查至此，确定为10kVⅡ段系统避雷器发生故障，从而引起电压的不平和数据的起伏变化。

2 故障原因分析

分析认为，由于系统中的C相避雷器绝缘电阻为零，C相其内部金属弹片发生完全变形，导致其化学结构发生不可逆的变化，失去其固有的电气性能。

B相避雷器绝缘电阻为200MΩ，其内部金属氧化物弹片未完全发生变形，其避雷器的电气性能未完全失去其固有的电气性能。

通过采集到的电压数据可以得知，由于B相避雷器未完全失去电气性能，承受工作电压时，其内部的金属弹片发生导通、断裂的交替变化，从而出现了B相电压的变化。同时判断C相电压变化是由于该相避雷器的电气性能发生变化过长、持续时间较长，可能起始于B相之前，终止于B相之后。

当避雷器承受高于持续运行电压的工频交流电压时，避雷器的工作特性取决于避雷器的生产工艺水平。随后将该厂家生产的避雷器定义为1号试品，并选取具有良好生产工艺和电气性能的南阳金冠避雷器定义为2号试品，进行耐压试验、温度变化试验、直流泄漏电流试验。

首先进行交流耐压试验，并观察避雷器外观变化，表3为相应试验数据。

表3 交流耐压试验时的发热情况

完成交流耐压试验后，进行温度变化试验，并用红外成像仪记录试品温度变化，表4试验数据。

表4 温度变化试验对比情况

完成温度变化试验后，进行直流泄漏电流测试，用微安表或者毫安表监测泄漏电流值，表5为相应试验数据。

表5 直流泄漏电流测试试验

完成试验后，试验人员解体了#1试品的故障避雷器，具体情况见图1、2、3。通过图片发现，1#试品故障避雷器顶端密封不严，硅橡胶外套与阀体之间粘合不严，有明显空隙，长期运行必然受潮，同时1号试品玻璃纤维树脂产生裂纹，阀芯外部为瓷制品，解体后发现瓷套多处断裂，阀芯已断成多节，严重老化，不满足运行要求。

图1 1号试品分解图

图2 1号试品玻璃纤维树脂产生裂纹

图3 1号试品瓷套多处断裂、老化

查找出故障原因，更换10kV系统Ⅱ段避雷器，重新投入后，通过后台监控系统：Ua=61.1kV,Ub=61.3kV,Uc=60.9kV,3U0=2.3V 运行人员随机测量保护装置电压，数据如下Ua=60.9V,Ub=60.1V,Uc=59.1V,Uab=100.3V，Ubc=100.1V，Uca=100.0V，3U0=0.2V。系统电压恢复正常，故障消除。

3 结论

本文中笔者利用交流耐压、温度变化、直流泄漏试验等多种方法对故障避雷器进行了诊断分析。通过试验结果得出，10kVⅡ段避雷器存在制造工艺的缺陷，致使避雷器在承受超过额定电压时，避雷器发生完全形变，失去固有的电气特性。同时为防止此类故障再次发生，总结如下经验。

1、加强10kV系统电气设备在投运前的验收工作， 其中，断路器、电压互感器、避雷器的验收工作尤为重要。

2、在以后的工作中吸取此次事故的教训，加强此类设备的检查、校验、电气试验工作，发现问题及时进行处理。尤其此次避雷器所暴露的问题，在10kV系统开关柜进行工频交流耐压时，确保母线设备间隔的避雷器处于退出状态。当工频交流耐压超过避雷器持续运行电压时，加压试验不能超过1分钟，如果时间过长，容易导致避雷器的热膨胀，从而引起避雷器失去其固有的电气性能。

3、在电气设备运行、试验、检修发现问题时，应高度重视、认真分析，结合理论知识与现场实际情况，彻底解决故障，防止故障电器设备的带电运行。

本文编自《电气技术》，论文标题为“一起10kV系统电压不平的分析及处理”，作者为张浩然、刘静、梁睿。