10 kV电力系统单相接地故障分析与处理方法
2019-01-16吴文丽
吴文丽
(陕西省地方电力(集团)有限公司汉中市供电分公司,陕西 汉中 723000)
0 引 言
城市的不断扩张给供电网络带来了巨大压力,特别是在10 kV配电以及供电的过程中,经常发生单项接地事故。本文采用分析综合法详细解析了电力系统中单项接地故障发生的原因以及种类,并根据故障发生原因选择不同的解决办法,以保证城市电力供应的平稳与高效。以陕西省地方电力集团进行供电网络架设时选用的电力运行方式为例,按照实际的需求,主要分为中性点不接地以及中性点经小电阻接地两种。
1 中性点不接地系统
1.1 优 点
中性点不接地系统也被称之为小电流接地系统,其最重要的优势在于一旦发生单项接地的事故,对整个供电系统电压的对称性并不会造成实质性的影响。同时,运用这种方式,即便发生了单项接地事故,产生的电流也比较小。理想情况下,整个供电网络还可以平稳运行大约2 h,即带故障运行。因此,中性点不接地系统被广泛应用于配电网点多、居民用电需求量大的区域。
1.2 问 题
但是,这种接地系统也存在着比较严重的问题。长期使用过程中,电路中绝缘设施中的薄弱环节存在被电弧击穿的风险。这是由于非故障两端相对的电压在短时间内急速升高,而电压的升高很可能会造成设备的短路,使事故进一步恶化,最终影响到整个供电网络。如果产生了弧光接地现象,则有可能对供电设备内部元器件产生严重的损害,使得整个供电网络陷入瘫痪。针对此问题,需要在发生单项接地时第一时间对供电线路进行维修,快速找到故障线路的具体位置,并进行去除工作。
1.3 处理单项接地事故的选线方式
传统选线方式中,对于常规变电站处理10 kV单项接地事故,通常选择绝缘监测装置。工作原理是当发生单项接地事故时,开口的二次端会出现零序的电压,此时利用公用线的三项五柱电压互感器向监测中心发出接地故障的信号,信号输送完毕后,绝缘监测装置开始对故障线路进行排查,通过逐次排查,最终确定发生单项接地故障的线路,从而完成事故的反馈工作[1]。
1.4 中性点不接地系统的选线功能
陕西省地方电力集团架设的10 kV电力系统以架空线与电缆混合为主。这种线存在一定的弊端,突出表现是出现单项接地故障的概率较高,整个供电系统的电容电量较小,因此选择中性点不接地的方式较为稳妥。通常采用的是集中式的微机小电流线装置,其工作原理是一旦小电流系统(主要指中性点不接地系统)发生了单项接地事故,发生故障的线路的零序电流等于没有发生故障的路线的零序电流之和[2]。一般对于零序电流数据的采样分析,首选是发生了单项接地故障的电流,所以采用该选线方式可以快速判断出故障线路,方便后续维修工作的开展。
需注意,实际的电力供应系统中,影响线路零序电流数值的因素有很多,如信号的干扰、采样出现误差及线路长度过长等。发生单项接地事故的线路的零序电流在样本中可能不是第一个值,也可能是第二个或者第三个值。因此,选线工作首先就是要找出所有线路中零序电流值前三的线路,然后对线路反馈上来的数值进行分析,利用电流之间的方向以及电压与电流之间的滞后有着相位超前的关系来判断发生故障的线路。
2 中性点经小电阻接地系统
2.1 优 势
当配电网中的电容电量较大时,需采用中性点经小电阻接地系统。当电流大的供电电路出现单项接地事故时,故障电流会非常大,单项接地事故会转化为非常危险的相间短路事故。这是因为陕西省地方电力集团的电力网络建设常用的是架空线与电缆混合出线方式,接地事故所产生的电弧无法自行消失,会对周围电路上的绝缘设施产生强大的冲击,最终烧毁绝缘装置,并发展为相间事故。因此,一旦大电流线路发生单项接地故障,需要在第一时间对故障线路进行移除,以防事故的影响进一步扩大[3]。如果采用中性点不接地系统,其发生故障也能保证正常运行的优点就会变为非常危险的缺点。需要采用经小电阻接地的方式,消除谐振过电压,稳定供电网络。
我国城市化进程不断加快,对电力的需求也越来越高。例如,陕西省地方电力集团负责的陕西66个县,不仅对电缆线路的需求量逐年增加,而且10 kV供电系统的电容容量也在不断攀升,早已超过了我国出台的相关规定中对于不接地系统运行安全值的上限。因此,需采用经小电阻接地系统。
2.2 作用原理以及作用
采用小电阻接地系统后,一旦发生单项接地事故,以直接跳闸的方式来起到断电的作用,既保证了地面人员的生命安全,又保护了其他配电设施不受损害。分析实际跳闸案例发现,90%以上的跳闸事故都属于瞬时故障,对出现故障的线路进行检查并没有发现明显的故障点,因此可以考虑采用三相一次重合闸功能。此功能可以大大提高电力供应的连续性,在处理瞬时故障方面具有很大的优势。采取三相一次重合闸功能时,需注意以下三点。首先,为了确保10 kV馈电线路的主变线圈和断路器不受破坏,需要设置电流速断保护,考虑到10 kV馈电线的实际情况,可以采用闭锁重合闸作为电流速断保护的主要方式。其次,对于采用架空线与电缆混合出线的电力线路,为了保证其供电的连续性,可以选择单项接地故障三相一次重合闸。最后,实际运用中,对于三相一次重合闸方案的运用要根据现场的具体情况来灵活对待[4]。例如,一些距离变电站比较远的开闭所,由于输电线路非常长,发生短路事故时,故障电路的电流比较小,可以考虑采用开关位置不对应重合闸启动方案。该方案的优点在于工作原理简单,安全可靠。但是该方案的缺点也很明显,在继电器接点异常、断路器辅助触点接触不良等情况下,容易无法启动,因此要根据闭合所实际的情况来酌情使用。
观察10 kV中性点经过16 Ω电阻接地的运行情况后,对于电力系统新建站的10 kV电路保护重合闸简化方面又提出了新的要求。首先,对于不经电流闭锁启动重合闸,可以考虑采用经常使用的“不对应启动重合闸”方式,利用其简单安全的特点保证电力供应的持续性。其次,对于经电流闭锁启动重合闸,其电流值的控制应该根据具体情况进行不同操作。如果动作电流大于额定流值,需要保护不重合;如果动作电流小于额定流值,应该进行重合。最后,在重合闸功能投退时需要增设硬压板,使工作人员能够更加方便、快速地进行重合闸的投退工作。
3 结 论
近年来,人们的生活水平显著提高,对于电力能源的需求也在不断攀升,城市和乡镇都需要架设大面积的配电网络。随着配电网络的大力架设,输电线路的电容电流也在不断增加。为了确保人们的用电安全以及电力的平稳供应,要对单项接地事故进行快速处理,根据不同的情况采用不同的接地系统,保证电力的稳定输送。