330kV變電站35kV系統單相接地故障判斷及處理

李曉鵬，侯延鵬，暢志雄，邵 沖

(甘肅省電力公司檢修公司酒泉分部，甘肅 酒泉 735000)

330kV變電站中的35kV系統是典型的不接地系統，常連接有電容器、電抗器、所用變等設備，如圖1所示。它擔負著為系統提供無功補償、為變電站提供電源等任務，具有重要的作用。若該系統發(fā)生單相接地故障，由于是不接地系統，單相接地故障電流小并常伴有母線PT保險熔斷，故障現象較隱蔽，不易發(fā)現和查找，有可能導致35kV系統長時間帶故障運行，主變低壓側長時間PT異常，甚至會發(fā)生其他伴生故障。因此，在故障發(fā)生時要快速確定故障點，消除故障，提高設備的運行水平。

圖1 330kV變電站的35kV系統常見接線

1 典型故障及現象分析

1.1 典型故障簡介

2011年11月，某330kV變電站的35kV系統母線電壓異常，后臺顯示兩相無電壓，主變保護報低壓側PT異常。運行人員巡視發(fā)現PT保險爆炸，申請派檢修人員進行更換。檢修人員趕赴現場，在更換前進行了檢查，發(fā)現所用變電纜頭融化，發(fā)生單相接地故障。檢修人員立刻申請停用所用變，之后更換了PT保險，母線電壓恢復正常。

2012年4月，某330kV變電站的35kV系統1號SVC閥跳閘，檢修人員前往進行故障處理。在對SVC閥進行檢查后，沒有發(fā)現會導致跳閘的異常。經過查找，發(fā)現35kV母線電壓異常，無法使SVC閥正常導通，SVC閥保護動作跳閘。通過進一步檢查，最終確定故障原因為所用變電纜頭融化，發(fā)生單相接地故障，從而引起后續(xù)一系列的故障。退出所用變進行處理，更換PT保險后系統恢復正常。

通過以上2次故障的處理經過可以發(fā)現，由于35kV系統單相接地故障較隱蔽，部分運行、檢修人員對其認知還不夠充分，故障匯報不夠準確，處理的條理不夠清晰，導致故障處理不夠及時。因此，有必要對該類型故障開展進一步研究、分析并給出有效的故障判斷步驟和處理方法。

1.2 故障現象及分析

以35kV側帶1組電容器運行為例，其簡化后的原理圖，如圖2所示。所用高壓側為三角形接線；電容器、電容器支路為星型接線，中性點正常運行不接電，均只計入其對地雜散電容。

圖2 35kV側接地故障原理

330kV變電站35kV系統為不接地系統，以A相為接地相。在發(fā)生單相接地故障時，系統的對地電壓發(fā)生如下變化：

由于A相接地，其中無故障電流流過，正常相對地的電容電流為：

故障電流為正常相電容電流之和：

上式說明，接地電流為電容電流，超前接地相電動勢(Ea)90°。C∑為該系統所有設備對地電容之和，電網中的電纜設備越多，C∑越大。在330kV變電站中，35kV系統一般所接設備數量較少，除所用變之外一般無電纜進線。因所用的電纜不足100 m，其余設備，如電容器組、電抗器組、所用變、PT等的對地電容值也較小，所以C∑可以忽略不計。

從以上分析可以看出，發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓為0，非故障相電壓為線電壓。由于系統對地電容小，故障電流較小，保護無法選擇性地切除故障。電壓保護可以動作，切除相關電容器或者電抗器，但若故障點并不在所切除支路，故障將會繼續(xù)存在。為避免不同名相再次接地，不允許長期帶故障運行，一般不超過2 h。

2 故障判斷流程

35kV系統發(fā)生單相接地時，電壓的變化比較明顯，可以用電壓作為突破口來確認是否存在故障。其判斷流程如圖3所示。

2.1 用遙測、遙信進行初判

后臺遙測、遙信，能夠快速反映異常狀態(tài)，運行人員應該迅速地發(fā)現這些異常信息，并進行初步判斷。如后臺接收到如下信息，標志著35kV系統可能存在異常：

（1）主變保護上出現主變低壓側PT異常的報文，并有鈴聲預警；

（2）35kV母線連接的電容器低電壓保護動作；

(3) 35kV母線連接的SVC閥保護動作等。

運行人員發(fā)現這些異常后，可在后臺查看35kV母線電壓的遙測量和保護報文。如果母線電壓正常，并伴有設備故障跳閘，那么跳閘設備的一、二次可能存在故障，并已被切除，應對其進行檢查。如果母線電壓正常，且無設備故障跳閘，那么很可能是發(fā)出預警的設備電壓回路異常，應對其進行檢查。如果母線電壓仍然異常，如一相電壓為0，另兩相為35kV，可判斷為單相接地故障。由于接地故障發(fā)生時，常伴有PT保險熔斷，也可能存在兩相電壓為0，一相為線電壓，甚至三相電壓全為0的情況，因而尚不能做出確切判斷。但是，只要出現相電壓的異常升高，應馬上巡視一次設備，很可能是出現了單相接地故障，因為單純的PT保險熔斷或者二次回路異常，很難出現電壓升高的情況。

2.2 測量PT二次電壓排除干擾

保護裝置、后臺電壓異常，除了出現接地故障外，還有可能是PT空開跳閘、電壓二次回路異常等原因引起的。為了排除這些干擾因素，可以直接到PT端子箱，測量最初始的PT二次電壓。如果電壓正常，那么應當檢查空開、二次接線、采樣回路等；如果電壓仍然異常，那么基本可以確定，不是PT損壞，就是一次電壓已經異常。

2.3 對一次設備驗電確認故障

如果懷疑一次電壓發(fā)生異常，而又沒有辦法測量一次設備電壓，可以采取驗電的方法進行判斷。使用相應電壓等級的驗電器，對35kV母線進行直接驗電。如果有接地故障發(fā)生，那么接地相必然無電。驗電最好在PT保險的兩端進行，以便同時判斷出是哪一相保險已經熔斷，方便之后的故障處理。經過這一步驟，再結合前面2次測量，應該已經可以確定是否存在接地故障，并確認了故障相。

3 故障處理方法

運行人員在確認故障類型后，應迅速采取措施，發(fā)現并隔離故障點。

圖3 故障判斷流程

3.1 多種方式發(fā)現故障點

運行人員在確認存在故障后，可以采取多種方式查找故障位置。運行人員應巡視一次設備，注意有無明顯的接地點。應特別關注電纜進線，注意觀察電纜有無鼓脹、有無焦糊味，可以用紅外測溫儀對電纜進行測溫，一般接地點的溫度與其他相有所不同。

3.2 迅速隔離故障點

運行人員在找到故障點之后，應迅速采取措施，將故障點隔離。在隔離故障設備后，可以對母線再進行一次驗電，如果母線電壓已經恢復正常，那么可以確認故障已經切除。并且，在此之后，應盡快更換PT保險，更換時要注意保險的額定電流，防止更換后再次熔斷。更換保險后，各設備的35kV母線電壓應恢復正常。之后可以進行故障設備的檢修工作。

4 結束語

35kV系統發(fā)生單相接地故障時，雖然不會直接危及主設備的運行，但是如果再發(fā)生不同名相接地，則會造成設備跳閘。因此，需在較短時間內排除故障，最多不能超過2 h。但是在實際工作中，由于檢修人員距離發(fā)生此類故障的變電站較遠，致使從故障發(fā)生至被隔離所需的時間遠超規(guī)定。“三集五大”之后，運維人員應該具備更高的技術水平，承擔更大的責任。通過對此次事故的分析，可以提高運維人員處理這類故障的能力，縮短故障持續(xù)的時間，提高設備的可靠運行水平，充分體現“大檢修”體系的優(yōu)越性。

1 國家電力調度中心.繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.