1.      事故现象

2011年8月28日，栗圆站由于系统故障110kV系统电压过低，35kV低电压保护动作，电源进线开关302跳闸，35kV母联开关345备投动作，345开关带空母线及一条空载电缆线路合闸过程中，造成相间弧光短路，345开关柜烧毁。

2. 事故原因分析

①    操作过电压是事故的诱发原因

    35kV母联开关合闸时，只带有一段空母线和一条空载线路。合闸时电容两端的电能与电感中的磁能之间的高频转换过程中，产生操作过电压。这种操作过电压主要发生在相与相之间。

②    栗圆站对操作过电压没有采取限制措施

真空断路器开断过电压、弧光接地过电压、铁磁谐振过电压等内部过电压幅值不高，一般只有额定相电压的3～4倍，对完好的设备绝缘不会直接导致击穿事故。上个世纪八十年代以前，我国中压电网主要由充油电缆或架空线路等可恢复性的绝缘构成，3～4倍的过电压不会直接造成绝缘的击穿。过电压消失后，绝缘又能恢复到原来的水平。所以，我国现行标准GB311.1—1997规定，220kV及以下系统以幅值较高的雷电过电压作为过电压的防护重点，所采用的过电压保护器就是传统的放电电压超过4倍相电压的避雷器，而对内部过电压一般不采取特殊的限制措施。

随着聚乙烯交联电缆等固体绝缘设备的大量采用，我国中压电网的主要成分逐渐由可恢复性绝缘转变为固体绝缘。尽管3～4倍的内部过电压不会导致固体绝缘的直接击穿，但会造成局部放电。在局部放电处，固体绝缘形成永久性的损伤。在内部过电压的持续作用下，固体绝缘的设备由于积累性损伤而加速老化，很快形成绝缘的薄弱环节，最后导致绝缘事故。

正因为3～4倍的内部过电压没有得到有效的限制，近年来3～35kV中压电网中绝缘事故发生的较多。聚乙烯交联电缆的运行寿命远远达不到厂家承诺的20年。大量的运行经验表明，聚乙烯交联电缆的运行寿命只有10年左右，相比之下远比充油电缆低得多。

这是自上个世纪九十年代以来，我国中压电网运行中出现的新问题。而这一问题，在现行国标和规程中并没有明确地提出来。这也是到目前为止很多中压电网中仍然只装设普通避雷器的原因。

栗圆站35kV系统原采用阻容保护来限制操作过电压。这种阻容保护的存在，使得进行手车的推进或拉出时，相当于带负荷拉合刀闸，极易在操作过程中导致相间弧光短路事故。由于栗圆站曾经出现过这种事故，在8·28事故之前已将阻容保护全部拆除，只保留了PT柜中的普通避雷器。事实上，在8·28事故时栗圆站35kV系统已没有任何限制操作过电压措施。

③ 栗圆站35kV开关柜存在绝缘隐患

栗圆站35kV开关柜不同相带电导体之间的空气距离只有220mm，远小于我国现行规程规定的300mm。在操作过电压和外部弧光接地过电压的作用下，在柜内极不均匀电场作用下，极易因局部放电而引发弧光短路事故。

开关柜内虽然在各相灭弧室外面加装了有机玻璃罩，但固定玻璃罩的螺钉、玻璃罩的尖角等处会形成很高的局部电场强度，局部高场强产生的局部放电，会很快发展为单相弧光接地故障。故障点的电弧产生的高温，使固体绝缘进一步遭到破坏；开关柜内温度的升高带电粒子的增多使绝缘强度很快下降。弧光接地时发生在非故障相的弧光接地过电压，会导致非故障相与故障相之间发生局部放电，造成固体绝缘的积累性损伤，进而发展成为相间弧光短路事故。

2011年8月28日正是由于35kV母联345开关合闸操作时的过电压，在开关柜内导致局部放电，很快发展为单相弧光接地故障。接地电弧对绝缘的破坏加上弧光接地过电压对固体绝缘的积累性损伤，很快发展成为相间弧光短路事故。由于栗圆站35kV没有母差保护，切除故障时间较长，345开关烧伤程度比较严重。

3. 防范措施

①    在各35kV开关柜的出线侧加装HQLB系列大容量防爆过电压保护器

真空断路器开断过电压、合空载变压器、合空载线路等操作过电压，产生在相与相之间。而3～35kV电压等级的设备，相间绝缘水平与相对地绝缘水平相同。普通三星型接法的避雷器，放电电压大于4倍的额定相电压以上，且相间放电电压接近于相对地放电电压的两倍，对操作过电压起不到限制作用。

HQLB系列大容量防爆过电压保护器，相间保护特性与相地保护特性相同，能将各种过电压限制在绝缘允许的3.5左右，可大大降低因操作过电压导致单相弧光接地故障的概率。

②    对现有35kV开关柜进行改造，提高对过电压的承受能力

拆除开关柜内灭弧室外面的有机玻璃罩，在相间加装绝缘隔板，改善柜内电场的分布。相间隔板的长度和宽度应足够，以使断路器室内相间带电导体的裸露部分得到有效隔离，最好手车触头的相间隔板形成一个整体。各相带电导体外壳之间的空气距离应不小于300mm，与相间隔板之间的空气距离应不小于80mm。

③    对弧光接地过电压采取有效的限制措施

大量的事故表明，除了人员误操作以外，绝大多数相间短路事故都是由单相弧光接地故障引起的，包括栗圆站8·28事故也不例外。

采取了上述措施之后，35kV开关柜的运行可靠性将会大大提高。但栗圆站35kV系统架空线路较多，由于雷击、树枝、鸟害等引起的单相弧光接地故障的可能性仍然很大。弧光接地过电压对聚乙烯交联电缆、电机等固体绝缘设备的积累性损伤进而引发相间短路事故的可能性依然存在。

弧光接地过电压不仅栗圆站35kV系统存在， 实际上，也是在燕山石化的6kV和10kV系统，乃至中性点非直接接地的电网中普遍存在的问题。只是在上个世纪九十年代以后随着固体绝缘设备的增多，弧光接地过电压的危害才逐渐地暴露出来。

除了接地电弧对故障点的导线和绝缘的直接破坏，非故障相3.1～3.5倍的过电压对固体绝缘的积累性损伤，进而引发相间短路事故之外，弧光接地过电压的能量往往会超过避雷器所能承受的400A 2ms的能量指标，造成避雷器的爆炸事故。弧光接地过电压还会使电压互感器饱和，激发铁磁谐振，导致电压互感器高压侧熔断器熔断或电压互感器烧毁。

一旦发生单相弧光接地时，如何快速熄灭故障点的电弧，并有效地限制弧光接地过电压，这也是中性点非直接接地的3～35kV中压系统必须解决的问题。

多年以来，人们误认为消弧线圈能够限制弧光接地过电压。其实，消弧线圈不但不能限制弧光接地过电压，有时反而会加大过电压的幅值。不仅如此，消弧线圈在正常运行中还会与系统对地电容发生串联谐振，产生虚幻接地或串联谐振过电压；消弧线圈与系统对地电容并联谐振时，会产生传递过电压；消弧线圈还会导致选线灵敏度降低甚至无法选线等问题。

中性点采用小电阻的接地方式，虽可降低弧光接地过电压，但以牺牲供电可靠性为代价。使本不存在过电压危险的单相金属接地故障或不允许停电的生产设备中断供电。石化企业不要说生产设备的供电线路故障，就是非重要线路故障带来的“晃电”问题，也会导致停产停车。而仅一次停产停车，就会给企业带来数百万元的经济损失。小电阻接地方式，对于企业电网尤其是石化企业是不可取的。

HQLXH系列智能型消弧消谐装置可在发生弧光接地的30ms之内快速动作，不仅使故障点的电弧立即熄灭，而且能有效地将弧光接地过电压限制在线电压的水平，防止绝缘的老化，避免发生避雷器爆炸和电压互感器烧毁事故。XHG动作后，可先进行倒闸操作，待转移负荷后再将故障线路退出进行处理。不会因线路故障导致停产停车的问题。该装置已在冶金、煤炭、石化及供电企业得到推广和应用。运行实践表明，该装置在提高中压电网的供电可靠性方面收到了良好的效果。

为此，我们建议在栗圆站35kV母线上装设XHG型消弧及过电压保护装置。

④    完善母线保护

建议增设母线差动保护装置，以便母线或开关柜内部短路时能快速切除故障，减少故障设备的烧伤程度，避免因故障切除时间过长导致“火烧联营”的事故。