35kV供電系統接地事故及防范措施分析

李錄濤

（大同煤礦集團電業公司山西大同037003）

0 引言

同煤電網35 kV供電系統采用的是小電流接地方式，當網內發生單相接地事故后，相關保護自動裝置不啟動，允許系統帶接地故障運行2小時，但因非接地相對地電壓升高倍，長時間運行泄流增大、發熱損壞絕緣，最終發展成兩相或三相接地短路事故，造成設備燒毀、短時間無法恢復的大范圍停電。另外，接地事故類型很多，有金屬性接地、有非金屬性接地，因其改變了電網參數，由其引發的次生災害不可預測，如因接地引發諧振過電壓造成設備絕緣擊穿損壞或因接地電弧引發相間短路燒毀設備等事故比比皆是。因此，快速判斷故障類型、及時切除故障點是保證電網安全運行的重要措施。

1 事故案例與故障情況分析

1.1 事故案例

2012年夏季，35 kV燕臺線因雷擊造成線路某桿塔一串絕緣子絕緣擊穿，發生35 kV單相接地事故，因事故點較隱蔽，在尋找故障點、調度調整運行方式的過程中，發生系統諧振，造成電網長時間電壓波動不平衡，網內7座35 kV變電站的14組35 kV電壓互感器因鐵磁諧振導致燒毀，最后用了4個多小時、10多座35 kV變電站運行方式的調整才破壞了諧振點，恢復了電網正常運行，教訓慘痛。

1.2 故障情況分析

以上9座35 kV變電站建設于上世紀50～80年代，建站時期技術條件、經濟條件有限，當時的供電網絡規模、容量較小，系統運行、調度方式簡單，建設方更多考慮的是滿足功能需求，對電網后期發展及運行的安全可靠性重視不足，在設計35 kV系統電壓檢測設施上選擇了最簡單、最經濟的全絕緣V型接線電壓互感器，只滿足系統線電壓的監測，沒有相電壓檢測和系統檢漏功能。時至今日，煤礦供電網絡無論從網絡結構、裝機容量、調度方式等多方面已發生巨大變化，尤其是近幾年供電設施的智能化改造升級，使原電壓檢測設施功能不足的缺陷暴露出來，存在的問題：

（1）35 kV網內中性點采用落后的固定式過補償經消弧線圈接地方式，不能及時監測、調整電網參數。

（2）網內部分變電站35 kV系統不具備接地檢漏功能，當發生系統接地事故后沒有報警提醒，值班人員不能及時發現、匯報及采取相應措施。站內微機保護配置的消諧功能用不上，當調度調整運行方式時，值班人員對系統狀況不清楚，存在操作隱患。如本站PT一次絕緣損壞發生接地，操作人員在沒有告警提示的情況下操作PT手車或隔離開關，會發生接地電弧無法熄滅引起相間短路的事故，這是《安全規程》命令禁止的。

因此系統內發生單相接地事故后，利用檢漏裝置和綜合自動化保護配合，判斷出接地類型、接地故障點，然后由調度調整運行方式，將故障點從電網內切除，既不會造成停電事故，又有效的保護了供電設備。

2 技術改造的方法和防范措施

我們對以上不具備接地檢漏功能的7座變電站變電站進行了相關技術改造，更新其電壓檢測設施，并根據各站不同自動化裝置完成二次接線和功能聯調。

（1）35 kV電壓互感器接線方式的改造

在對7座變電站改造項目實施過程中，參照國內外的技術成果，將兩只單相電壓互感器的V-V接線改造為三只一次繞組的Y型接線，每只電壓互感器有三個二次繞組，一個測量繞組接成Y型，用于系統電壓、功率等模擬量的實時監測和配合有關自動裝置實現保護功能；一個計量繞組接成Y型，用于電子式多功能表計計量；一個附加繞組接成開口三角型，這種接線方式不僅可以測量線電壓也可以測量相電壓，為保護裝置提供系統電壓變化情況，與不同類型保護配合實現不同功能，例如過壓、欠壓、復合電壓、零序電壓等保護。還可實現系統接地檢漏功能，當變電站發生某一相對地絕緣下降或接通時，站內檢漏裝置和綜合自動化保護裝置快速啟動，發出聲光報警，并顯示系統參數，為值班員判斷接地類型、故障范圍提供技術依據。

（2）35 kV電壓互感器一次繞組的中性點位置安裝一次消諧器

三只互感器高壓側尾端（一次中性點）對地串聯接入一次消諧器，對一次系統低頻率諧振有過濾作用，同時可有效避免因鐵磁諧振燒毀電壓互感器，一次消諧器對確保電網安全運行、穩定電壓質量有很大幫助。

（3）35 kV電壓互感器開口三角繞組上安裝二次消諧裝置

二次消諧裝置通過對PT開口三角電壓的采集，對電網諧振時的各種頻率成份能快速分析，準確地辨別出單相接地、過渡過程、電網諧振。如果是諧振，計算機發出指令使消諧電路投入，實現快速消諧，較完善地解決了電力系統中電網的消諧問題。

（4）35 kV電壓互感器絕緣介質的選擇

電壓互感器的絕緣介質采用環氧樹脂半澆注式，環氧樹脂不僅是一種難燃、阻燃的材料，且具有優越的電氣性能，澆注式電壓互感器具有絕緣性能好、機械強度高、防潮、防火等優點，是比較理想的互感器絕緣成型材料。

（5）消弧線圈接地方式的改造

將固定式過補償經消弧線圈接地方式改造為調諧式自動跟蹤補償消弧線圈的小電流接地方式，能夠自動補償單相接地電容電流，抑制鐵磁諧振過電壓的產生。

3 應用情況

經過充分技術論證和前期準備后，該項目在南羊路、挖金灣等7座35 kV變電站建設實施，在隨后多年時間的運行觀察中，設備運行穩定，滿足系統要求，改造達到了預期效果，同時也為今后煤礦電網相關建設積累了寶貴經驗。

此項目改造的電壓檢測設施不但具備可靠的系統接地檢漏功能，而且可以向綜自系統提供精確的系統電壓數據，完全可以滿足變電站綜合自動化關于繼電保護、計量、監測的技術要求；新電壓檢測設施在中性點串入了新式消諧器，在對電壓互感器提供有效保護的同時，還對一次系統內存在的低頻率諧振有過濾作用；項目實施中，在消諧電阻側預留位置，后期可加裝二次消諧裝置，利用其自動監測系統狀態的功能，隨時調整參數投切電感，更好的完成消除系統諧振、快速判斷接地事故類型作用。

4 優點對比與經濟效益

4.1 優點對比

（1）功能

舊設施：只能進行系統線電壓的指示、監控，不具備任何檢漏等保護功能；

新設施：能進行目前智能化建設所要求的全部電壓參數的指示、監控，包括線電壓、相電壓、零序電壓、負序電壓等，同時具備系統檢漏、消諧等保護功能；

（2）維護

舊設施：由充油式電壓互感器組成，每年試驗、補油、滲漏處理等維護工作量較大。多年前國家已有加快供電設備無油化改造的規定。

新設施：由環氧樹脂式電壓互感器組成，無油，對環境無污染，無爆炸危險、電壽命長等，是目前國內同電壓等級主流配置。

（3）施工

新舊設施占地面積基本相同，改造不需要土建施工。

4.2 經濟效益

（1）從維護角度看，每年可減少35 kV電壓互感器油的過濾、補油170 L，不計人工節省2 000余元。

（2）舊式電壓互感器自身沒有防護功能，系統內每年都有因接地諧振損壞互感器的事故發生，中性點消諧電阻的應用，有效的增強了自身防護能力，每年節省設備更換費至少15 000元。

5 總體性能指標

新型電壓檢測設施的改造應用，使以往發生接地事故后大范圍調整電網運行方式和處理事故大面積、長時間停電的現象大大減少，變電站值班人員也能隨時掌握站內設備的運行狀況，站內系統運行的安全性、可靠性極大增強。改造后的電壓檢測設施，性能指標達到國家電網同電壓等級先進水平，完全滿足煤礦電網安全供電的要求。

6 結束語

南羊路、挖金灣等7座35 kV變電站電壓檢測設施的改造成功，標志著煤礦電網智能化改造又前進了一步，改造后的設備至今運行穩定，未發現影響電網安全運行的異常問題。

此項目屬在同煤電網中首次應用。通過運行使用和不斷完善將為煤礦電網安全可靠經濟運行、消除潛在安全隱患積累寶貴經驗，為現有和改擴建變電站中類似設施的設計、改造提供有力的技術支持。