一起35 kV單芯電纜避雷器擊穿引發(fā)的弧光接地事故

鑒曙光

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，271104 山東萊蕪）

1 變電站接線概況

萊鋼能源動(dòng)力廠2#35 kV 變電站于2004 年投產(chǎn)。站內(nèi)35 kV Ⅰ段和Ⅱ段母線電源分別來自上一級110 kV 銀山站的銀電Ⅱ線和銀電Ⅴ線，兩路35 kV 電源線路通過架空線路從110 kV 銀山站引至2#35 kV 變電站附近9#桿塔處，通過電力電纜接入35 kV 配電室內(nèi)，站內(nèi)35 kV 系統(tǒng)為單母線分段的接線方式，屬于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。

2 事故現(xiàn)象

2017年11月22日9∶43，2#35 kV 變電站后臺機(jī)報(bào)“35 kVⅡ母線PT 接地”信號，顯示A 相電壓23.2 kV，B相電壓48.7 kV，C相電壓48.5 kV。

9∶48，值班人員分別進(jìn)入配電室和9#桿塔處查看發(fā)現(xiàn)：配電室內(nèi)煙霧彌漫，銀電Ⅱ進(jìn)線電纜屏蔽層過電壓保護(hù)器損壞，9#桿塔處A相電纜頭著火。

9∶50，2#35 kV變電站35 kV Ⅱ段母線出現(xiàn)弧光接地，三相電壓依次升高和降低，隨即發(fā)生35 kV Ⅱ母線PT爆炸和銀電Ⅱ進(jìn)線速斷保護(hù)跳閘的事故。

3 原因分析

（1）銀電Ⅱ進(jìn)線電纜選用YJV-26/35 kV-1×300型交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯電纜，長度（9#桿塔至35 kV配電室）約800 m，運(yùn)行電流600 A 左右。按照規(guī)范要求，電纜屏蔽層采用在鐵塔處直接接地，在35 kV配電室處通過無間隙避雷器接地的運(yùn)行方式。雖然無間隙避雷器具有保護(hù)范圍寬、能量吸取能力強(qiáng)、響應(yīng)特性快及陡波特性好等長處，但其電阻片除承受雷電和操作過電壓以外，還會一直承受電網(wǎng)正常的運(yùn)行電壓，其運(yùn)行溫度一般在40～50℃，存在著設(shè)備劣化和發(fā)熱的問題，會迅速加快閥片的老化。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間過電壓導(dǎo)致屏蔽層避雷器被擊穿，出現(xiàn)屏蔽層兩端直接接地的情況時(shí)，35 kV 及以上高壓電纜兩端接地，護(hù)層循環(huán)電流可達(dá)到線芯電流的50%～90%。事故處理后，現(xiàn)場實(shí)際測量感應(yīng)電流為170 A 左右，從而引起護(hù)層發(fā)熱，長時(shí)間運(yùn)行造成電纜絕緣性能下降，最終導(dǎo)致A 相電纜頭接地和著火的事故。

（2）鐵塔處銀電II線電纜頭A相接地故障時(shí)，系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)，由于單相接地電流是電容性的，而且接地點(diǎn)電阻較大且接觸不良，電弧既不容易自行熄滅，又不足以穩(wěn)定重新燃燒，因而在接地點(diǎn)出現(xiàn)瞬燃瞬熄的電弧放電現(xiàn)象。同時(shí)引發(fā)電能、磁能的振蕩，必然產(chǎn)生弧光過電壓。經(jīng)計(jì)算表明，發(fā)生單相弧光接地時(shí)過電壓的最大值將達(dá)到2.3Um。如果弧光接地在接地點(diǎn)造成弧光間隙性反復(fù)燃燒，那么產(chǎn)生的過電壓倍數(shù)將遠(yuǎn)大于2.3 倍［1］。根據(jù)有關(guān)資料介紹，過電壓幅值高達(dá)正常相電壓幅值的3～3.5倍。如此大數(shù)值的過電壓，對電氣薄弱環(huán)節(jié)的影響非常之大，極易引發(fā)電纜頭、避雷器、互感器等絕緣薄弱點(diǎn)閃絡(luò)放電。而35kVⅡ母線電壓互感器絕緣性能下降，導(dǎo)致A、C 兩相短路故障，造成銀電Ⅱ線進(jìn)線斷路器速斷保護(hù)動(dòng)作。

4 防范措施

（1）電纜屏蔽層避雷器擊穿引發(fā)線路環(huán)流是造成電纜頭絕緣擊穿和弧光接地的直接原因，因此需加強(qiáng)避雷器的產(chǎn)品選型和運(yùn)行監(jiān)測工作。

首先，選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測手段的生產(chǎn)廠家產(chǎn)品，保證所選用的避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。對于單芯電纜屏蔽層而言，為避免出現(xiàn)避雷器擊穿導(dǎo)致屏蔽層兩端接地的情況發(fā)生，采用帶間隙避雷器，這類避雷器平時(shí)不承受電網(wǎng)正常運(yùn)行電壓，只有串聯(lián)間隙擊穿導(dǎo)通時(shí)才承受電網(wǎng)過電壓而流過續(xù)流，續(xù)流很快被截?cái)啵话阒挥?.2 s 的時(shí)間，隔離電網(wǎng)電壓，動(dòng)作特性可保持長期穩(wěn)定運(yùn)行。

其次，完善避雷器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過全電流、阻性電流的變化情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器運(yùn)行中是否受潮，通過泄漏電流及時(shí)檢測避雷器內(nèi)部缺陷，尤其是閥體受潮、內(nèi)部元件老化等問題，通過安裝脫扣器保證避雷器在異常電壓情況下及時(shí)脫離運(yùn)行電網(wǎng)，避免了避雷器長期帶病運(yùn)行，提高運(yùn)行安全可靠性。［2］

（2）電纜頭絕緣擊穿引發(fā)弧光接地是造成母線柜內(nèi)PT裝置相間短路和進(jìn)線開關(guān)跳閘的主要原因，因此需加強(qiáng)電纜頭絕緣性能和系統(tǒng)消弧措施。

首先，加大電纜頭的運(yùn)行監(jiān)測力度，引入無線測溫、超聲波檢測、局放檢測等手段加強(qiáng)對電纜頭的運(yùn)行管理，將無線測溫裝置安裝在銅線鼻子處，可實(shí)時(shí)測量電纜頭運(yùn)行溫度，防止設(shè)備老化和受潮造成的發(fā)熱情況；將局放傳感器安裝在電纜屏蔽層外部，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)干擾環(huán)境下局部放電準(zhǔn)確在線監(jiān)測，對局部放電脈沖電流信號進(jìn)行分類識別分析、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)絕緣故障預(yù)測，降低事故發(fā)生率。［3］

其次，在站內(nèi)35 kV 母線PT 柜內(nèi)安裝消弧裝置，消弧裝置在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生弧光接地故障時(shí)，迅速轉(zhuǎn)化為金屬接地，金屬性接地后，非故障相上的過電壓立即穩(wěn)定，系統(tǒng)中的設(shè)備可以在這個(gè)電壓下安全運(yùn)行；由于電弧被熄滅，過電壓被限制在安全水平，故障不會再繼續(xù)發(fā)展，避免了PT 等裝置的爆炸事故，使運(yùn)行人員有充足的時(shí)間去處理故障。

5 結(jié)論

通過上述分析和改進(jìn)，解決了各種過電壓對設(shè)備及電網(wǎng)安全運(yùn)行的威脅，切實(shí)提高了電網(wǎng)的供電可靠性。