一次10k V系统接地事故原因分析及处理

1.山东鲁能智能技术有限公司 王韶军 2.山东鲁能智能技术有限公司 高华

一次10k V系统接地事故原因分析及处理

1.山东鲁能智能技术有限公司 王韶军 2.山东鲁能智能技术有限公司 高华

本文对一次接地故障引发的次生故障的分析,提出了随着系统电容电流的增大造成10kV不接地系统已满足不了接地后可靠运行的现状,并建议改用10kV中性点经小电阻接地方式代替中性点不接地方式。

中性点不接地电容电流弧光过电压

一、引言

小电流接地系统是指中性点接地方式为非有效接地,即不接地、经消弧线圈接地或高阻接地。发生单相接地故障时,中性点与大地没有直接构成回路,短路电流很小,系统线电压仍然保持对称,允许带一个接地点继续运行不超过2h,提高供电可靠性。我国低压配电系统中,绝大多数采用小电流接地系统。中性点不接地系统发生单相接地故障时,接地点电流为全系统非故障相对地电容电流之和。随着我国电力事业的迅速发展,电力电缆逐步替代了架空线路,系统电容电流大大增加,在接地点引起弧光过压,间歇性弧光容易在故障相和非故障相的电感电容回路上引起高频振荡过电压,导致在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿,发展成为相间短路事故,易使电压互感器饱和,激发铁磁谐振,导致过电压或电压互感器爆炸事故。

二、事故经过

本厂35kV变电站10kV段的一次主接线图如图1所示:

图1 10kV侧主接线图

系统为中性点不接地运行方式。故障发生时由I段进线带两段母线运行,101、116闭合,102退出运行。2008年某日,35kV变电所发出沉闷响声。值班人员查看现场,发现10kV段116母联开关、Ⅰ段的119开关、123开关跳闸,10kVⅠ、Ⅱ段电压互感器柜有烟冒出。为减少故障范围,在将两个电压互感器柜中手车拖出试送116联络开关时,116开关再次跳闸,同时10kVⅡ号进线柜CT击穿,铜排有融化迹象。

事后,在119出线末端10kV变电所的I号进线开关柜中,工作人员发现电流互感器表面上有爬弧现象,造成单相接地故障,这是本次故障的直接原因。

三、事故分析

电网的单相接地电容电流主要由电力设备和线路两部分的电容电流组成,电力设备的电容电流远小于线路的,可以忽略不计。10kv架空线的电容电流仅为电缆的3%,随着电缆逐步代替架空线路,系统的电容电流剧增,接地点流过的故障电流大幅提高。稳态时,单相接地导致非故障相对地电压升至倍,暂态过程,单相接地时电弧电流过大,会造成故障点熄弧困难并产生间歇性电弧,造成间歇性弧光接地过电压,非故障相对地电压幅值可达3.15～3.5倍额定相电压。非故障相对地的电压过高会对整个系统及电力设备产生以下危害:①弧光过电压使电压互感器饱和,容易激发铁磁谐振,导致过电压或电压互感器爆炸事故。本厂三年内发生两次接地故障,每次接地故障发生后,10kV母线段所接的两个三相五柱式电压互感器被击穿损坏,利用电压互感器开口三角形产生的电压来报警的接地报警装置也失去意义。②非故障相对地电压过高会导致整个系统的绝缘薄弱环节产生对地击穿危害,进而发展为相间短路故障。事后分析,本次故障的直接原因为119出线末端变电所的I号进线开关柜电流互感器表面有油污,而开关柜没有底板,潮气上升,时间长了造成A相对地爬弧引起单相接地故障,故障发生后没有立即切除119出线,进而引起次生故障。123出线在铺设时受伤,运行多年已存绝缘隐患,在119出线发生接地故障时,非故障相电压对地电压升高被击穿引起相间短路。102开关柜电流互感器二次回路断线处于停运状态,在非故障相对地电压升高时电流互感器一次、二次回路击穿引起相间短路,被母联116开关切除,并在尝试送116开关时电流互感器发生爆炸。

四、解决方案

对于电容电流增大引起的接地故障,有些地区采用中性点经消弧线圈接地方式,利用单相接地产生的零序电压,使消弧线圈出现电感电流,与线路电容电流的相位相反,来抵消电容电流。首先因系统的运行方式及扩建很难对整个系统的电容电流有一个精确的估算,无法准确选择消弧线圈的电感值。其次补偿是在工频下完成的,对于接地故障产生的高频过电压没有补偿作用,不能消除弧光过电压。10kV供电系统传统运行方式已不能满足要求,不及时切除故障点,不但会引发故障的扩大,还会引起次生故障,造成故障扩大。电缆接地故障是非自复性故障,不及时切除故障点只能使电缆损坏加大,事故扩大。因此,建议将l0 kV配电网逐步改为小电阻接地系统。增加零序保护作用于跳闸,优点主要在以下几个方面:①零序保护切除时间一般在1s以内,可快速切除故障点,防止故障的升级扩大。②中性点经小电阻接地能有效地消除弧光过电压,及由此引起的铁磁谐振,降低了整个系统及电力设备的绝缘要求。③防止了因故障切除不及时而引起的系统薄弱环节次生故障的发生。

五、结论

以往10 kV配电网以架空线路为主,接地故障电容电流较小,常采用不接地系统。随着电缆代替架空线路,线路的电容电流急剧上升,使得整个系统的接地故障后状态发生了改变,中性点不接地系统发生接地故障后连续运行的可靠性优势已不存在,故障点切除不及时还会引发故障扩大及次生故障,因此需要快速切除接地点,保证整个系统的安全运行。

[1]贺家李.电力系统继电保护原理.中国电力出版社

[2]华智明.电力系统.重庆大学出版社

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