10kV消弧线圈接地系统单相接地时电缆中间头运行隐患的分析与防范

2016-03-12广东电网公司佛山顺德供电局刘鹏祥

电子世界 2016年23期

广东电网公司佛山顺德供电局刘鹏祥

广东电网公司佛山顺德供电局刘鹏祥

因产品质量参差不齐、或施工工艺不良造成的电缆中间头故障呈多发趋势，给配网安全可靠供电带来了风险。其中，对于变电站采用消弧线圈接地系统的配网10kV线路，当发生单相接地故障时，非故障相产生的过电压有可能会引发多个薄弱电缆中间头故障的连锁反应，导致线路停电范围扩大。笔者通过当地曾发生的10kV电缆故障案例进行分析，探讨能有效减少消弧线圈接地系统电缆中间头故障的防范措施。

消弧线圈接地系统；单相接地；电缆中间头

1 绪论

随着城市发展需要，配网10kV供电线路电缆化率日益增高，电缆线路越长，需要用于驳接两段电缆的中间接头会越多。众所周知，近年因产品质量参差不齐、或施工工艺不良造成的电缆中间头故障呈多发趋势，给配网安全可靠供电带来了风险。其中，对于变电站采用消弧线圈接地系统的配网10kV线路，当发生单相接地故障时，非故障相产生的过电压有可能会引发多个薄弱电缆中间头故障的连锁反应，导致线路停电范围扩大，为此，本文作者将从当地曾发生的10kV电缆故障案例进行分析，探讨能有效减少消弧线圈接地系统电缆中间头故障的防范措施。

2 发生单相接地时非故障相电压变化的分析

图2 A相单相接地电容电流流通路径

图3 A相接地电压电流相量图

由此可得小电流接地系统单相接地电压和电流特征[2]：（1）接地相电压降为0，另外两相电压升高为线电压；（2）主变中性点电压由0 升高为相电压，反映到母线电压即是PT 开口三角形绕组产生零序电压；（3）单相接地入地电流是未接地时每一相对地电容电流的3倍；（4）正常两相的接地电流方向为由母线流出，经过大地与接地点流回电源；（5）正常两相接地电流经接地点由正常相流回电源，方向由线路流向母线。

实际上，在小电流接地系统中单相接地是一种常见故障，尤其是在台风雷雨季节、潮湿的地区，10kV配电线路运行过程中更容易发生单相接地故障[1]。尽管消弧线圈接地系统在发生单相接地时能够利用消弧线圈产生的感性电流对故障点电容电流进行补偿，使流经故障点的残余电流减小从而达到自然熄弧，对抑制间歇性弧光接地产生的过电压有一定作用，然而为了提高供电可靠性，消弧线圈接地系统最高允许单相接地运行2小时，在稳定电弧接地和金属性接地阶段，故障相仍会产生过电压，过电压持续会对非故障相设备绝缘造成危害；而实际上，由于电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性，消弧线圈要对电容电流进行有效补偿存在一定难度，而且消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流，而实际上通过接地点的电流不仅有工频电容电流，还包含大量的高频电流及阻性电流，严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧，因此当中性点非直接接地系统发生单相间隙性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上，能引起高频振荡过电压，这时非故障相的过电压幅值甚至能达到3.15-3.5倍的相电压，这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅值较高的过电压，对电力系统设备危害极大。

3 电缆单相接地引发中间接头故障实例分析

笔者在此以当地采用消弧线圈接地系统的某110kV变电站单回10kV线路单相接地故障后，引发一连串10kV线路中间接头薄弱点击穿而造成多回线路跳闸的案例进行分析探讨。

图4 变电站SOE事件记录

图4是10kV 乐西丁线B相接地故障前后，所在110kV变电站的SOE事件记录信息。在17:16线路发生单相接地的同时，其所在并列运行的2M、5M母线接地告警动作，到17:29接地告警复归，单相接地时间持续约14min。图7 变电站10kV母线C相相电压变化曲线

图5 变电站10kV母线A相相电压变化曲线

图6 变电站10kV母线B相相电压变化曲线

通过图5、6、7变电站10kV母线三相电压的变化曲线可以发现，乐西乙线B相接地故障发生时，变电站母线B相相电压下降到0.607kV，非故障相A、C相相电压分别升高至9.857kV和10.046kV，即非故障相电压上升至线电压，电缆承受的电压为1.732倍U0，且持续时间约为14min。参照《电力设备预防性试验规程》[3]，对35kV及以下橡塑绝缘电力电缆开展交流耐压试验，要求2.0倍U0试验电压下持续5min，且对于运行年限较久（如5年以上）的电缆线路，电缆能承受的试验电压和耐压时间都会有所降低。因此，在单相接地持续的情况下，相当于对运行中电缆开展了长时间的耐压试验，如存在绝缘隐患的中间头的薄弱点就有可能被击穿，造成故障范围扩大，导致更多线路故障停电。