10kV消弧線圈接地系統單相接地時電纜中間頭運行隱患的分析與防范

廣東電網公司佛山順德供電局 劉鵬祥

10kV消弧線圈接地系統單相接地時電纜中間頭運行隱患的分析與防范

廣東電網公司佛山順德供電局 劉鵬祥

因產品質量參差不齊、或施工工藝不良造成的電纜中間頭故障呈多發趨勢，給配網安全可靠供電帶來了風險。其中，對于變電站采用消弧線圈接地系統的配網10kV線路，當發生單相接地故障時，非故障相產生的過電壓有可能會引發多個薄弱電纜中間頭故障的連鎖反應，導致線路停電范圍擴大。筆者通過當地曾發生的10kV電纜故障案例進行分析，探討能有效減少消弧線圈接地系統電纜中間頭故障的防范措施。

消弧線圈接地系統；單相接地；電纜中間頭

1 緒論

隨著城市發展需要，配網10kV供電線路電纜化率日益增高，電纜線路越長，需要用于駁接兩段電纜的中間接頭會越多。眾所周知，近年因產品質量參差不齊、或施工工藝不良造成的電纜中間頭故障呈多發趨勢，給配網安全可靠供電帶來了風險。其中，對于變電站采用消弧線圈接地系統的配網10kV線路，當發生單相接地故障時，非故障相產生的過電壓有可能會引發多個薄弱電纜中間頭故障的連鎖反應，導致線路停電范圍擴大，為此，本文作者將從當地曾發生的10kV電纜故障案例進行分析，探討能有效減少消弧線圈接地系統電纜中間頭故障的防范措施。

2 發生單相接地時非故障相電壓變化的分析

圖2 A相單相接地電容電流流通路徑

圖3 A相接地電壓電流相量圖

由此可得小電流接地系統單相接地電壓和電流特征[2]：（1）接地相電壓降為0，另外兩相電壓升高為線電壓；（2）主變中性點電壓由0 升高為相電壓，反映到母線電壓即是PT 開口三角形繞組產生零序電壓；（3）單相接地入地電流是未接地時每一相對地電容電流的3倍；（4）正常兩相的接地電流方向為由母線流出， 經過大地與接地點流回電源；（5）正常兩相接地電流經接地點由正常相流回電源，方向由線路流向母線。

實際上，在小電流接地系統中單相接地是一種常見故障，尤其是在臺風雷雨季節、潮濕的地區，10kV配電線路運行過程中更容易發生單相接地故障[1]。盡管消弧線圈接地系統在發生單相接地時能夠利用消弧線圈產生的感性電流對故障點電容電流進行補償，使流經故障點的殘余電流減小從而達到自然熄弧，對抑制間歇性弧光接地產生的過電壓有一定作用，然而為了提高供電可靠性，消弧線圈接地系統最高允許單相接地運行2小時，在穩定電弧接地和金屬性接地階段，故障相仍會產生過電壓，過電壓持續會對非故障相設備絕緣造成危害；而實際上，由于電網運行方式的多樣化及弧光接地點的隨機性，消弧線圈要對電容電流進行有效補償存在一定難度，而且消弧線圈僅僅補償了工頻電容電流，而實際上通過接地點的電流不僅有工頻電容電流，還包含大量的高頻電流及阻性電流，嚴重時僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續燃燒，因此當中性點非直接接地系統發生單相間隙性弧光接地故障時，由于不穩定的間歇性電弧多次不斷的熄滅和重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上，能引起高頻振蕩過電壓，這時非故障相的過電壓幅值甚至能達到3.15-3.5倍的相電壓，這種過電壓是由于系統對地電容上電荷多次不斷的積累和重新再分配形成的，是斷續的瞬間發生的且幅值較高的過電壓，對電力系統設備危害極大。

3 電纜單相接地引發中間接頭故障實例分析

筆者在此以當地采用消弧線圈接地系統的某110kV變電站單回10kV線路單相接地故障后，引發一連串10kV線路中間接頭薄弱點擊穿而造成多回線路跳閘的案例進行分析探討。

圖4 變電站SOE事件記錄

圖4是10kV 樂西丁線B相接地故障前后，所在110kV變電站的SOE事件記錄信息。在17:16線路發生單相接地的同時，其所在并列運行的2M、5M母線接地告警動作，到17:29接地告警復歸，單相接地時間持續約14min。圖7 變電站10kV母線C相相電壓變化曲線

圖5 變電站10kV母線A相相電壓變化曲線

圖6 變電站10kV母線B相相電壓變化曲線

通過圖5、6、7變電站10kV母線三相電壓的變化曲線可以發現，樂西乙線B相接地故障發生時，變電站母線B相相電壓下降到0.607kV，非故障相A、C相相電壓分別升高至9.857kV和10.046kV，即非故障相電壓上升至線電壓，電纜承受的電壓為1.732倍U0，且持續時間約為14min。參照《電力設備預防性試驗規程》[3]，對35kV及以下橡塑絕緣電力電纜開展交流耐壓試驗，要求2.0倍U0試驗電壓下持續5min，且對于運行年限較久（如5年以上）的電纜線路，電纜能承受的試驗電壓和耐壓時間都會有所降低。因此，在單相接地持續的情況下，相當于對運行中電纜開展了長時間的耐壓試驗，如存在絕緣隱患的中間頭的薄弱點就有可能被擊穿，造成故障范圍擴大，導致更多線路故障停電。

4 結論

綜上所述，為盡量避免消弧線圈接地系統的10kV線路發生單相接地時引發多處電纜中間頭故障，導致線路故障范圍擴大，可采取以下技術防范措施：

（1）對變電站10kV母線在運的消弧線圈接地成套裝置，可結合對供電區域范圍（如城區供電）特點逐步改造成小電阻接地方式；如用戶對供電可靠性有特別要求的變電站，經研究分析可考慮消弧線圈并聯小電阻的接地方式；

（2）對運行時間較長、運行環境惡劣、懷疑存在施工質量或產品質量問題等電纜中間頭的電纜下路，安排停電有針對性開展電纜振蕩波局放測試和耐壓試驗，排查電纜中間頭安全隱患，發現異常的電纜中間頭應馬上更換；

（3）提高電纜及電纜附件施工質量，在制作過程和驗收環節把關，安排具備資質的運行人員對電纜附件制作過程進行旁站監督，對施工制作過程關鍵工藝環節拍照記錄，降低因施工質量不過關造成的電纜運行風險。

[1]陳利峰,丁月明.單相接地引起多條線路故障探討[J].電子制作,2015(6).

[2]王偉健.10kV配電線路單相接地與斷線故障分析[J].建筑工程技術與設計,2016(13).

[3]電力設備預防性試驗規程[S].Q/CSG114002-2011,2011-10-26.

劉鵬祥（1986—），男，大學本科，佛山順德供電局配電部工程師，主要從事配電運行管理工作。