一次10k V系統(tǒng)接地事故原因分析及處理

1.山東魯能智能技術(shù)有限公司 王韶軍 2.山東魯能智能技術(shù)有限公司 高華

一次10k V系統(tǒng)接地事故原因分析及處理

1.山東魯能智能技術(shù)有限公司 王韶軍 2.山東魯能智能技術(shù)有限公司 高華

本文對(duì)一次接地故障引發(fā)的次生故障的分析,提出了隨著系統(tǒng)電容電流的增大造成10kV不接地系統(tǒng)已滿足不了接地后可靠運(yùn)行的現(xiàn)狀,并建議改用10kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式代替中性點(diǎn)不接地方式。

中性點(diǎn)不接地電容電流弧光過電壓

一、引言

小電流接地系統(tǒng)是指中性點(diǎn)接地方式為非有效接地,即不接地、經(jīng)消弧線圈接地或高阻接地。發(fā)生單相接地故障時(shí),中性點(diǎn)與大地沒有直接構(gòu)成回路,短路電流很小,系統(tǒng)線電壓仍然保持對(duì)稱,允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行不超過2h,提高供電可靠性。我國(guó)低壓配電系統(tǒng)中,絕大多數(shù)采用小電流接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),接地點(diǎn)電流為全系統(tǒng)非故障相對(duì)地電容電流之和。隨著我國(guó)電力事業(yè)的迅速發(fā)展,電力電纜逐步替代了架空線路,系統(tǒng)電容電流大大增加,在接地點(diǎn)引起弧光過壓,間歇性弧光容易在故障相和非故障相的電感電容回路上引起高頻振蕩過電壓,導(dǎo)致在非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成對(duì)地?fù)舸?發(fā)展成為相間短路事故,易使電壓互感器飽和,激發(fā)鐵磁諧振,導(dǎo)致過電壓或電壓互感器爆炸事故。

二、事故經(jīng)過

本廠35kV變電站10kV段的一次主接線圖如圖1所示:

圖1 10kV側(cè)主接線圖

系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。故障發(fā)生時(shí)由I段進(jìn)線帶兩段母線運(yùn)行,101、116閉合,102退出運(yùn)行。2008年某日,35kV變電所發(fā)出沉悶響聲。值班人員查看現(xiàn)場(chǎng),發(fā)現(xiàn)10kV段116母聯(lián)開關(guān)、Ⅰ段的119開關(guān)、123開關(guān)跳閘,10kVⅠ、Ⅱ段電壓互感器柜有煙冒出。為減少故障范圍,在將兩個(gè)電壓互感器柜中手車拖出試送116聯(lián)絡(luò)開關(guān)時(shí),116開關(guān)再次跳閘,同時(shí)10kVⅡ號(hào)進(jìn)線柜CT擊穿,銅排有融化跡象。

事后,在119出線末端10kV變電所的I號(hào)進(jìn)線開關(guān)柜中,工作人員發(fā)現(xiàn)電流互感器表面上有爬弧現(xiàn)象,造成單相接地故障,這是本次故障的直接原因。

三、事故分析

電網(wǎng)的單相接地電容電流主要由電力設(shè)備和線路兩部分的電容電流組成,電力設(shè)備的電容電流遠(yuǎn)小于線路的,可以忽略不計(jì)。10kv架空線的電容電流僅為電纜的3%,隨著電纜逐步代替架空線路,系統(tǒng)的電容電流劇增,接地點(diǎn)流過的故障電流大幅提高。穩(wěn)態(tài)時(shí),單相接地導(dǎo)致非故障相對(duì)地電壓升至倍,暫態(tài)過程,單相接地時(shí)電弧電流過大,會(huì)造成故障點(diǎn)熄弧困難并產(chǎn)生間歇性電弧,造成間歇性弧光接地過電壓,非故障相對(duì)地電壓幅值可達(dá)3.15～3.5倍額定相電壓。非故障相對(duì)地的電壓過高會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及電力設(shè)備產(chǎn)生以下危害:①弧光過電壓使電壓互感器飽和,容易激發(fā)鐵磁諧振,導(dǎo)致過電壓或電壓互感器爆炸事故。本廠三年內(nèi)發(fā)生兩次接地故障,每次接地故障發(fā)生后,10kV母線段所接的兩個(gè)三相五柱式電壓互感器被擊穿損壞,利用電壓互感器開口三角形產(chǎn)生的電壓來報(bào)警的接地報(bào)警裝置也失去意義。②非故障相對(duì)地電壓過高會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生對(duì)地?fù)舸┪：?進(jìn)而發(fā)展為相間短路故障。事后分析,本次故障的直接原因?yàn)?19出線末端變電所的I號(hào)進(jìn)線開關(guān)柜電流互感器表面有油污,而開關(guān)柜沒有底板,潮氣上升,時(shí)間長(zhǎng)了造成A相對(duì)地爬弧引起單相接地故障,故障發(fā)生后沒有立即切除119出線,進(jìn)而引起次生故障。123出線在鋪設(shè)時(shí)受傷,運(yùn)行多年已存絕緣隱患,在119出線發(fā)生接地故障時(shí),非故障相電壓對(duì)地電壓升高被擊穿引起相間短路。102開關(guān)柜電流互感器二次回路斷線處于停運(yùn)狀態(tài),在非故障相對(duì)地電壓升高時(shí)電流互感器一次、二次回路擊穿引起相間短路,被母聯(lián)116開關(guān)切除,并在嘗試送116開關(guān)時(shí)電流互感器發(fā)生爆炸。

四、解決方案

對(duì)于電容電流增大引起的接地故障,有些地區(qū)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,利用單相接地產(chǎn)生的零序電壓,使消弧線圈出現(xiàn)電感電流,與線路電容電流的相位相反,來抵消電容電流。首先因系統(tǒng)的運(yùn)行方式及擴(kuò)建很難對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電容電流有一個(gè)精確的估算,無法準(zhǔn)確選擇消弧線圈的電感值。其次補(bǔ)償是在工頻下完成的,對(duì)于接地故障產(chǎn)生的高頻過電壓沒有補(bǔ)償作用,不能消除弧光過電壓。10kV供電系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)行方式已不能滿足要求,不及時(shí)切除故障點(diǎn),不但會(huì)引發(fā)故障的擴(kuò)大,還會(huì)引起次生故障,造成故障擴(kuò)大。電纜接地故障是非自復(fù)性故障,不及時(shí)切除故障點(diǎn)只能使電纜損壞加大,事故擴(kuò)大。因此,建議將l0 kV配電網(wǎng)逐步改為小電阻接地系統(tǒng)。增加零序保護(hù)作用于跳閘,優(yōu)點(diǎn)主要在以下幾個(gè)方面:①零序保護(hù)切除時(shí)間一般在1s以內(nèi),可快速切除故障點(diǎn),防止故障的升級(jí)擴(kuò)大。②中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地能有效地消除弧光過電壓,及由此引起的鐵磁諧振,降低了整個(gè)系統(tǒng)及電力設(shè)備的絕緣要求。③防止了因故障切除不及時(shí)而引起的系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)次生故障的發(fā)生。

五、結(jié)論

以往10 kV配電網(wǎng)以架空線路為主,接地故障電容電流較小,常采用不接地系統(tǒng)。隨著電纜代替架空線路,線路的電容電流急劇上升,使得整個(gè)系統(tǒng)的接地故障后狀態(tài)發(fā)生了改變,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障后連續(xù)運(yùn)行的可靠性優(yōu)勢(shì)已不存在,故障點(diǎn)切除不及時(shí)還會(huì)引發(fā)故障擴(kuò)大及次生故障,因此需要快速切除接地點(diǎn),保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

[1]賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.中國(guó)電力出版社

[2]華智明.電力系統(tǒng).重慶大學(xué)出版社

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