35kV系統接地故障分析及對策

摘要：文章通過對廣州發電廠35kV線路單相接地后發展成多相接地故障跳閘的事故進行分析，分析推斷該事故是由于運行的消弧線圈無法滿足線路電容電流的補償要求造成的。為此提出了采用自動跟蹤補償消弧線圈裝置，并兼顧快速熄滅電弧和減小接地電流，有效保證35kV系統安全可靠運行。

關鍵詞：電容電流；單相接地；消弧線圈；接地故障；故障錄波

中圖分類號：TM864 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0105-03

目前，我國35kV系統主要采用中性點不接地的運行方式，其具有單相接地故障時可繼續給用戶供電的優點，但當接地電流較大時容易發展成為電弧接地而對設備造成危害。為了克服這一缺點，應設法減少接地處的接地電流，采用中性點經消弧線圈接地的運行方式后，當35kV系統出現單相接地故障時，可使接地處流過一個與接地電流矢量方向相反的感性電流，減少35kV系統出現單相接地故障時對設備的危害。因此，消弧線圈裝置性能的好壞，是35kV系統安全運行的重要保障。

廣州發電廠35kV系統的消弧線圈為人工調檔油式消弧線圈（型號為3FOM-1100/35），分接頭共有五檔，額定電流25～50A，于1962年5月投運至2009年8月止。該裝置需在系統正常運行時測量系統電容電流，并設定補償參數，單相接地發生后自動進入設定的補償狀態，無法根據實時檢測系統電容電流進行補償。此外，據電氣設計手冊規定，35kV系統電容電流超過10A時需投入消弧線圈，以消除單相接地對系統運行及生產造成的危害，所以該型消弧線圈已經不能滿足新運行方式的安全需要了。現對其中一起35kV系統單相接地事故原因進行分析，并提出相應的防事故措施。

1 廣州發電廠35kV系統的基本情況

1.1 廣州發電廠35 kV系統中性點接地方式

廣州發電廠35kV系統對外直接供給西村水泥廠和西村水廠等重要用戶，對內為電廠廠用電系統提供備用電源，其安全穩定運行對我廠有著重大的意義。廣州發電廠35kV系統中性點經消弧線圈接地，正常消弧線圈應為過補償運行，調諧值10%～20%。發生單相接地故障時，線電壓仍然對稱不變，單相接地電流與負荷電流相比并不大，對用戶供電基本無影響，但需要在較短時間（1～2h）內切除故障，以免發展成相間故障而對設備造成損壞。

1.2 35kV系統接地事故前運行方式

圖1 廣州發電廠35kV系統簡圖

如圖所示：2007年7月24日，廣州發電廠35kV母聯300開關處合閘位置，35kVⅠ、Ⅱ母線及全部35kV輸電線運行，0號、1號、2號、3號、4號發變組運行，1號、3號主變110kV側中性點接地，0號、2號、4號主變110kV側中性點不接地運行；35kV系統由1號主變301開關、2號主變302開關供電，消弧線圈投至1號主變。

2 35kV系統接地故障的情況

2.1 35kV系統接地故障經過

2007年7月24日，1：02分，主控室警鈴響，事故喇叭響，燈光瞬間暗后恢復正常。1號、2號機強勵動作，35kV母聯300開關、西土線313開關，西水甲3線312開關跳閘，綠燈閃，西羅甲、乙線微機呼喚，“掉牌未復歸”光字牌亮，故障錄波器啟動，4號機匝間保護PT斷線光字牌亮，隨后1號爐滅火保護動作。

2.2 35kV系統各動作開關情況

2.3 故障錄波情況

從錄波圖上分析，0s，35kV系統C相電壓幅值下降，約為0.8Ue，波形畸變，高次諧波分量明顯，且A相電壓升高至1.5Ue，B相電壓基本不變。說明C相高阻抗接地，并逐步發展。0.093s，B相電壓波形出現一個尖峰，B相避雷器開始擊穿。0.099s，避雷器擊穿，此時C相電壓已降至0.08Ue，西土線B相和西水甲3線C相不同點的相間接地短路，301、302開關出現短路電流。0.1s，C相電壓降至近零，A相電壓降低至0.7Ue，B相電壓升高至1.3Ue，分析為由于避雷器爆炸，引起PT著火，三相經阻抗短路。0.196s，300開關A相最先跳開，B相其次，最后0.2sC相斷開。302開關電流恢復正常，35kVⅡ母線電壓經過一個諧振振蕩的過程后，恢復正常。從300開關速斷保護啟動，加上繼電器動作時間及開關固有分閘時間，至300開關完全斷開，共約0.1s。

300開關斷開時，由于操作過電壓，引起35kVⅠ段短路阻抗發生變化，35kVⅠ母線的A、B相電壓降低，301開關短路電流升高。0.708s，西土線313開關跳閘，C相電壓依舊為零，A、B相電壓開始恢復，301開關電流基本正常。0.73s，西水甲3線312開關跳閘，35kVⅠ母線電壓恢復，但三相均存在較大幅值的三次諧波分量，波形呈尖頂波，經過振蕩后，35kVⅠ母線電壓波形、幅值基本正常。從線路過流保護啟動，加上繼電器動作時間及開關固有分閘時間，至線路開關完全斷開，共約0.6s。

3 35kV系統接地故障原因分析

根據35kV系統開關的動作情況以及錄波圖的分析，可以初步判斷：故障始初，當西水甲3線C相出現單相接地故障時，由于電網中的電感和電容形成振蕩回路，在接地點形成一種不穩定的間歇性電弧，呈現熄弧與重燃交替出現的狀態。這間歇性電弧引起較嚴重的過電壓，由于西土線水泥廠側B相避雷器存在絕緣薄弱點，而引起發生擊穿而造成短路事件，西土線水泥廠側B相避雷器爆炸著火，出現三相經高阻抗短路并伴有接地，引起300、312、313開關跳，跳閘順序為300開關，再是313開關，最后312開關。

由此可見，廣州發電廠原消弧系統為人工調檔油式消弧線圈，經過多年運行后設備老化。裝置無法自動跟蹤補償，只能采用手動調節固定補償狀態，故無法準確補償系統電容電流；原消弧系統無配套選線裝置，無法準確反應故障狀態，不能及時查找接地線路，給單相接地故障的查找帶來困難延誤處理時間。

4 反事故措施

4.1 KD-XH消弧和DDS選線裝置介紹

配電網中性點接地方式的選擇是關系到電力系統運行可靠性的一項重大決策，須綜合考慮多種因素并通過經濟比較才能決定。傳統消弧線圈接地方式能自動消除瞬時性單相接地故障，具有減少跳閘次數、降低接地故障電流的優點，但由于不能切除非瞬時性單相接地故障，整個配電系統須承受較長時間（2小時）的工頻過電壓（線電壓），因此對設備的絕緣水平要求高，這對配電系統設備（尤其對于某些進口設備，如電纜）是不利的；同時，非瞬時性單相接地故障的長時間存在也不利于設備及人身安全。為消除用戶系統運行及生產中的隱患，廣州發電廠的技術人員調查研究了電廠運行方式及系統參數后決定使用KD-XH型智能化快速消弧系統及與其相配合DDS型接地故障智能檢測裝置相配合使用的新型的消弧方法，以兼顧快速熄滅電弧和減小接地電流。

KD-XH型消弧系統采用全新的高短路阻抗變壓器式可控消弧線圈和大功率可控硅技術，配以先進的新型控制器和DDS-02型單相接地故障檢測裝置，可實時跟蹤配電網，對瞬時性單相接地故障具有極佳的快速補償效果而確保能消除，對非瞬時性單相接地故障既能快速（遠小于10秒）判斷故障線路并跳閘（可選），又可以按傳統消弧線圈接地方式持續運行。本系統采用全新的技術，避免了以往各類自動跟蹤消弧線圈的各種局部缺點，從而獲得更佳的消弧效果，是一種優良的新型配電網中性點補償裝置。

DDS-02型選線裝置采用擾動原理和傳統零序電流采樣原理，通過選線裝置與隨調式KD-XH控制器的有效配合，即：選線時可適當調整消弧的補償度，使得接地線路故障電流有一定數量的電流變化量從而選出接地線路。此方法是基于KD-XH消弧隨調速度快記補償度可任意調節，因此選線準確度極高，且選線準確度不受配電網電容電流大小的影響。因此小電容電流系統及高阻接地情況下選線準確度與金屬性接地相同。

4.2 改造方案

本次改造工程計劃在原消弧線圈一次設備位置安裝一套KD-XH型消弧線圈，原消弧線圈拆除；在繼保控制室安裝一臺消弧線圈中心屏，屏內安裝一臺消弧線圈控制器及一臺小電流選線及出口跳閘箱。同時，安裝35kV線路零序電流互感器，將零序電流接入選線裝置。其基本接線如圖2所示。

5 結語

目前，這套自動跟蹤補償消弧線圈裝置已通過試驗驗收，并在廣州發電廠成功投入使用至今，廣州發電廠35kV系統沒有再發生由單相接地事故發展成相間事故。實踐證明，自動跟蹤補償消弧線圈裝置能實時跟蹤系統參數，判斷系統當前的運行狀態；在線調節消弧線圈的電感，給予合適的補償度；限制接地時的故障殘流，并將中性點位移電壓保持在一個合適的范圍內，能有效保證35kV系統安全可靠運行。

參考文獻

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作者簡介：李志東（1978-），男，廣東從化人，廣州發電廠有限公司電氣工程師，研究方向：發電廠運行。

（責任編輯：文 森）