故障指示仪在城网改造中的应用

摘要:文章就梧州市河东市区近年来在10kV配网架空线路电缆化改造后,出现短路和接地故障所采用的故障指示仪的类型,以及它们在选型、安装、运行维护等方面的优、缺点进行了介绍。

关键词:配电网;电缆;故障;电缆故障指示仪

中图分类号:F253文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0052-02

随着城网改造的不断推进,城网改造的领域不断扩大,特别是梧州市这几年大规模城市道路改造,以及现代经济的发展对环境因素的考虑,过去那种蜘蛛网式的架空电网已经越来越阻碍着现代城市的供电发展。现在,城网建设改造要求高压直接进人市区,变电设备深入负荷中心,电能通过地下电缆传输,配电设备与周围环境协调一致。但与此同时,暴露出查找短路故障和接地点困难的问题,故障指示器就是用于指示配电线路短路电流的路径,给巡线人员指明故障所在的出线、分支和区段。

故障指示仪是一种用于10kV小电流接地系统中单相接地及短路故障的定位。故障指示仪应用于高压设备中,具有识别短路和接地故障的功能,具有识别故障性质的功能。对永久性故障恢复供电后及时复位;对瞬时性故障按用户约定的时间延时复位,给寻找故障隐患留下足够的显示时间,杜绝励磁涌流引起的误动现象,直接安装在电力线路上,可长期户外运行,避免盲目巡线,减少停电时间,提高了配电线路故障点的查找速度,减轻了配网运行维护人员事故处理的工作强度,提高了供电可靠性。

一、电缆故障指示仪的应用

梧州市河东区老城区骑楼城改造是要将其改造为具有岭南文化特色的建筑群,改造面积超过1平方公里,由于是商业密集区,用电负荷约60000kW,5年电力发展计划100000kW,从供电安全、环境美观、供电效率等诸多因素考虑,河东城区已由架空线改为十二回10kV电缆线路供电。由于电缆化的应用,对于河东城区改造后所出现的短路故障,由于排查设备跟不上,用于排查故障的时间成倍的增加。2005年9月,位于河东区深冲变电站的恒业线出现短路接地故障,由于是电缆线路,不能用肉眼观察到短路点,而且没有确切的短路点指示,排查人员只有将连接恒业线的所有环网站断开后,再逐一查找供电线路短路处。这样一来用去了将近4个小时的时间才将短路处隔离开。不仅没有显露出电缆线路的好处,反而增加了停电时间。此后,就开始对河东城区电缆线路安装故障指示仪器。

二、故障指示仪的选用及原理

目前国内用于检测相间短路的手段和方法都较成熟,基本上都是利用电流的突变来检测,但对于发生单相接地故障时故障信号本身较弱,国内目前单相接地故障指示器其检测单相接地故障的原理主要有:五次谐波法、首半波法、零序电流法、电容电流法、信号注入法。

上述除信号注入法外,其检测单相接地故障都是依赖于发生单相接地时电网参数的变化,鉴于小电流接地系统在发生单相接地故障时产生的故障信号本身较弱,同时有谐波和电磁干扰的污染,导致获得信号失真,另外配电网拓扑结构的多变性也直接影响单相接地故障指示的选择性和准确性。而且这些方法都是被动方式。由于配电网运行方式的变化,谐波电流的污染,消弧线圈的不同补偿等原因,直接影响被动方式检测单相接地故障的准确性和选择性。

信号注入法是主动方式,在发生单相接地故障时通过母线向各条出线注入一个特殊频率的信号,这个特殊信号在接地点和系统母线之间构成的回路中流过,故障指示器检测到这个特殊频率的信号后,指示这个出线的这个区段有单相接地故障。主动方式不受系统的运行方式、谐波污染和消弧线圈补偿的影响。仅是在变电站安装一个信号源。因此梧州市河东区老城区电缆化改造后,对电缆线路加装了带信号源的故障指示器。

(一)故障定位系统的组成及原理

1.故障定位系统由信号源及故障指示器两部分组成。(1)安装在变电站的信号源。实时监测中性点电压,发生单相接地故障时通过母线向各条馈线注入特殊的纯阻性的低频信号,信号在接地点和系统母线之间构成的回路中流过,故障指示器检测到这个特殊频率的信号后,指示这个出线的这个区段有单相接地故障。信号源可以安装变电站的10kV开关柜室也可以安装在室外。(2)安装在馈线上的故障指示器。在发生单相接地故障或相间短路故障时故障指示器检测到信号源的特殊信号后翻转为红色指示(正常为白色),通过线路出口和故障通道上动作的故障指示器的红色指示可以判断故障出线、故障区段及故障分支。

2.原理。(1)对于单相接地时,装置在发生单相接地故障时,信号源通过母线向各条馈线注入一个特殊低频的信号。这样在小电流接地的配电网中性点和接地点之间除了接地产生的容性电流和消弧线圈的感性电流外,还有一个特殊的低频注入的信号流过,而在非接地相、非接地线路、以及接地线路的非接地部分则没有这个特殊的低频注入的信号流过。故障指示器检测这个特殊的低频注入的信号进行单相接地的选线和定位。故障指示器检测到这个特殊低频的信号后翻转变红,指示在此回路有单相接地故障。(2)对于相间短路故障,故障指示器检测到以下信号后翻转变红,指示在此回路有相间短路故障:先有短路电流突变增量大于150A;随后开关跳闸,电流下降到1.5A以下,同时电压降低到AC1000V以下。

3.信号源基本功能:(1)信号源在同时满足下列情况时,自动发出信号脉冲。1)中性点电压超过设定值(此设定值在安装前由用户设定);2)三相电压中有一相电压降低,另外两相电压升高;3)同时出现上述两种情况并持续3秒以上时间;(2)在发生接地故障时,信号源给出接地故障指示并指示接地相序;(3)信号源具有信号重发功能。在发生接地故障时信号源自动发出一次信号,如果发生接地后,再次发生接地则可启动重发功能;(4)信号源具有自检功能;(5)信号源具有投入运行和退出运行的功能。

4.信号源接线原理示意图:

三、故障定位系统的安装

1.信号源安装在110kV深冲变电站内,用标准信号源户内机柜。将信号源放在消弧线圈室内,信号源的一次回路接到接地变压器的中性点隔离刀闸(深冲变9020刀闸)下端。信号源的二次回路接入消弧线圈的PT取电压信号。

2.架空线路型故障指示器安装在配电架空线路上,面板型故障指示器安装在环网柜电缆头上,与每一出线电缆安装一套面板型短路故障指示仪,共安装82套,其中面板型63套,电缆型13套,架空型6套。

四、结论

通过一年时间的运行,在电网上安装了电缆故障指示仪后,其动作可靠率超过90%,大大缩短了电缆故障的查找时间,提高了事故后送电的效率。例如,2006年3月20:48分深冲变电站10kV中环线过流Ⅰ段动作跳闸,抢修人员马上根据短路故障指示仪的指示到现场检查短路情况,于21:20分就将短路设备隔离开,恢复其余供电线路的正常供电。从出现故障到将故障线路切除,只用去半个小时的时间就将主线路恢复供电,大大减少了停电时间。

参考文献

[1]曹建忠,熊卿府.电力电缆运行及检修[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]徐丙垠,李胜祥.电力电缆故障探测技术[M].北京:机械工业出版社,1999.

作者简介:杨英燕(1976-),女,广西梧州人,广西电网公司梧州供电局助理工程师,研究方向:电力工程。