维谛精密空调上电调试阶段的一起变压器故障分析-维谛UPS电源维谛蓄电池销售中心
某大型数据中心，其中一套低压配电系统在完成现场安装并绝缘测试正常后，进行上电调试，调试过程中造成前端变压器“起火”，本文主要对本次故障进行根本原因的分析，并对故障过程中的一些疑问进行深入分析，希望能够引起重视，避免类似故障的发生。一、配电系统简介
低压配电系统为常规的两段母线加母联结构，两段母线互为备用，一段输入故障后，所有负载手动切换至另一段母线供电。两台变压器T1\T2额定容量为2000KVA，T1\T2输出开关为1K1\2K1，额定容量4000A（4P），过载整定值3200A，1K2\2K2为两段母线的母联开关，额定容量4000A
（3P），过载整定值3200A，联络母线槽为3L+N配置，不含地排。每段母线配置一台PC级ATS，用于两台变压器均断电的情况下，切换至发电机供电。1K1\1K2\2K1\2K2开关为四个开关配置三把钥匙的互锁方式，任何情况下，最多只能合闸三个开关，避免两台变压器低压侧短路。下图为本次故障的电气示意图，为了方便说明，删除了其他与本次故障无关的设备。
二、故障发生过程
1、所有配电柜安装完毕，并进行检查确认，开关、ATS等手动操作功能正常；
2、断开1K1\1K2\2K1\2K2开关，断开两段母线全部输出开关，断开所有的二次回路保险及ATS内部的电压采样端子；
3、用绝缘摇表对两段母线的各相之间以及各相对零排之间进行绝缘测试，结果正常；
4、合闸中压开关，对T1\T2变压器送电；
5、合闸1K1\2K1开关，为两段低压母线送电，
结果正常；
6、合闸2K2开关（原计划将T2变压器供电至1K2开关，1K2开关不合闸，在1K2开关的两端测量，确认两段母线相位是否一致）；
7、此时T1\T2变压器箱体有浓烟冒出，底部可见明火，但1K1\1K2\2K2开关均未跳闸；
8、现场人员紧急手动断开T1\T2变压器中压侧开关，将维谛UPS电源电源切除；
9、打开变压器柜门，发现T1\T2变压器箱体内燃烧痕迹明显，零排与地网连接电缆损坏严重（红色电缆），与地网连接点位置的地排已熔断，变压器中压输入电缆有损伤，并且接地点地排高温造成穿过的控制电缆烧毁：
三、故障原因分析
通过故障时的操作过程和故障损坏程度判断，很明显是系统发生了短路，系统的示意图如下：
通过对上图的分析可知：
1、无论1K2\2K2是否合闸，因联络开关为3极，两段母线的零线是一直导通的；
2、2K2合闸前，未发生故障，说明两段母线的绝缘正常；
3、操作步骤无异常，1K1\1K2\2K1\2K2开关未同时合闸，正常情况不会造成两段母线短路；
4、故障发生前的最后一步操作，是合闸了T2母线的联络开关2K2，T2变压器送电至联络母线槽，如果联络母线槽内部短路，会造成2K2或2K1跳闸，且短路电流不经过T1变压器的接地线，与故障现象不符；
5、从维谛UPS电源原理分析，两台变压器的零地系统是短接的，接地线同时烧毁，很有可能是因为零地系统与相线短路造成；
6、短路极有可能是因为联络母线槽接线错相，合闸2K2开关后，将相线与零线短路。
通过上述分析，现场决定首先对联络母线槽的安装进行检查，发现其中一段母线相位接反：
故障时真实的系统接线示意图如下，合闸2K2开关后，会造成T2变压器的C相和T1变压器的N短路。短路电流流经的路径为T2变压器C相>>T1变压器N>>T1变压器接地点>>地网>>T2变压器接地点>>T2变压器N>>T2变压器C相。
四、故障过程的思考
回顾故障发生的整个过程，有三个问题值得我们进行更深入的思考，一是短路时，短路电流经过了1K1\2K2\2K1三个低压开关，但三个开关为什么都没有跳闸保护；二是整个安装调试过程有无疏漏，隐患是否可以提前发现？；三是如果1K2\2K2联络开关选用4极开关，能够避免本次故障？
1、1K1\2K2\2K1开关为何没有跳闸保护？
为了更详细的进行说明，先来简单介绍下维谛精密空调断路器的跳闸特性。数据中心低压配电系统常用的框架断路器为三段式或四段式断路器，所谓三段式，即断路器的脱扣曲线分为过载长延时、短路短延时、瞬时脱扣三个区间，对应于下图中的I1~I2，I2~I3，大于I3，过载长延时和短路短延时的触发电流和延时时间可以进行调整，瞬时脱扣区间仅可以调整电流值，无延时，跳闸时间与断路器机械特性有关。三个区间是连续的，故障电流越大，跳闸延时时间越短，故障电流从过载区间增大至短路短延时区间或瞬时脱扣区间后，延时时间急剧缩短。四段式断路器即在三段式的基础上增加了接地故障保护功能，与其他三段曲线独立，触发电流小于或等于脱扣器额定电流，延时时间远小于过载长延时设置时间。接地故障保护与其他三段的保护原理也不相同，当经过断路器的ABCN电流矢量和大于设置值时，将跳闸保护，主要适用于当相线对地短路时的保护。因为相线对地短路时，通常整个回路阻抗较大，短路电流小于相间短路，如果通过其他三段保护的话，可能延时时间较长，不利于故障的迅速切除。
因本人未到现场，仅从设计图纸得知，4个开关的额定电流为4000A，过载整定电流为3200A。通过维谛精密空调故障现象判断，因短路回路的阻抗包含了电网的阻抗、变压器阻抗、母排阻抗、地网阻抗以及变压器零线接地的阻抗等，并且短路后回路发热使阻抗更大，短路电流未达到开关的短路短延时区间或瞬时脱扣区间，所以未及时动作。另外，1K1\2K1开关未配置接地故障保护功能或者该功能未启用或者整定值偏大。
2、安装调试步骤是否有疏漏？
设备上电前已经进行了绝缘测试，未发现异常。通过原理分析，因为1K1\2K1开关连接有变压器，所以绝缘测试时这两个开关一定是断开的，就相当于断开了本次短路的N回路，所以通过绝缘测试时无法发现该隐患的。避免该故障发生的方法就是工程检查时，在联络母线槽两端进行核相，电缆施工时，通常都会做核相的工作，但母线槽却很少有施工单位会做，这也给了我们警示，进行维谛精密空调母线槽的核相也是很有必要的。
3、如果选用4极联络开关是否可以避免故障发生？
本次故障的发生，其中一个原因就是联络开关选用了3极开关，两台变压器零线导通，提供了短路路径。如果采用了4极开关，合闸2K2后，不会造成短路，可以通过在1K2两端测量电压排除隐患。
我们试想一下，将联络开关改成4极后，如果未测量1K2两端的相位就投入运行，是否会有其他的隐患？
当联络开关1K2\2K2断开，两台变压器独立供电的时候，系统可以正常运行。但当某一路市电故障，比如维谛UPS电源T1电源故障，切换到T2供电时，此时1K1断开，1K2\2K2\2K1合闸。T1母线的负载重新上电后，整个输入完全是混乱的，原来的A相变为B相，B相变为A相，C相变为零线，零线变为了C相，将导致更严重的后果。所以，还是要做好前期的施工检查，隐患发现越晚，影响越大。
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