昆鋼四總降35kV系統單相接地故障的危害及 整改措施

婁攀

昆明工業職業技術學院，云南昆明，650302

0 引言

昆鋼本部供電系統35kV及以下電壓等級較多，因各變電站建設時期、裝備技術水平及運行需要的差異，本部供電系統各變電站35kV系統均采用中性點不接地運行方式，該系統的特點是中性點是懸浮不固定的，當三相系統運行參數平衡，則電源中性點與用電設備中性點的電位平衡相等[1]。作為從事供電系統調度管理的調度員，必須掌握各種電壓等級系統接地方式的原理、運行狀況及特點，才能更好地掌握各種系統正常時的操作方法和故障時的事故處理辦法。

1 中性點不接地系統的優點

在中性點不接地的系統中，當系統發生單相金屬性接地時，系統的三相對稱關系并未破壞，僅中性點及各相對地電壓發生變化，非故障相對地電壓升高倍至線電壓，但系統中各相間的電壓仍然相等并且相位仍然不變。所以，中性點不接地系統中，相對地的絕緣水平應根據線電壓來設計。

如系統發生A相單相金屬性接地，中性點電位由零變至A相電壓，B、C相對地電位發生變化，上升至線電壓，但各相間的線電壓仍然相等并且相位仍然不變，接地點的電流IDL=IB+IC，為系統對地的工頻電容電流。故規程規定“中性點不接地系統發生單相接地故障時，仍可以帶電運行2小時”，從而提高了供電可靠性，并為查找、處理故障提供了時間。多年實踐經驗證明，此運行方式對提高供電可靠性、減少停電事故非常有效。這種運行方式減少了因為單相接地使生產設備被迫突然停電的情況，避免了停電給企業帶來的經濟損失，增加了企業用電的可靠性[2]。

2 中性點不接地系統的缺點

在中性點不接地系統中，接地點通過的電流為電容性的，其大小為原來相對地電容電流的3倍，這種電容電流不易熄滅，可能在接地點引起“弧光接地”，周期性地熄滅和重新發生電弧。間歇性弧光接地的過電壓是設備絕緣的主要隱患。當發生單相間歇性弧光接地時，非故障相將產生高于額定電壓很多倍的過電壓，而如果接地電流在電壓接近最大值時發生擊穿，過電壓將會更高。如果這時系統中接入的電磁式電壓互感器的激磁電抗與線路的對地容抗達到某種匹配時，當系統發生單相弧光間隙接地過電壓，則容易引發系統諧振過電壓，諧振過電壓輕則燒壞電壓互感器的熔斷器或損壞電壓互感器，重則造成系統發生短路停電的事故。特別是以電纜線路為主的供電網絡，系統對地電容不斷增加，故障點的電容電流將增大，由于電纜線路的相間絕緣為硬性的絕緣，相間距離較短，電弧燃燒時將直接破壞相間絕緣，以致幾分鐘內就會形成相間短路事故[3]。

3 通用型消弧消諧裝置YTX的基本功能

本裝置主要適用于電纜線路為主的電網、電纜與架空線路的混合電網。正常運行時，本裝置承擔PT柜功能；同時裝置還具有系統斷線故障報警、系統金屬接地故障報警、系統弧光接地故障動作、系統低電壓故障報警、系統過電壓故障報警、系統諧振故障動作等故障處理功能，以及對動作時的時間、故障性質、故障相別、三相電壓、開口電壓、對地電容電流等故障的信息記錄。當系統發生單相弧光接地故障時，裝置在兩個周波內把弧光接地轉換成金屬性接地，并將電弧電流減為零，從而使弧光熄滅，這時微機控制器面板顯示故障性質（弧光接地）、相別、動作時間、對地電容電流等，同時輸出無源接點信號，并將系統中的過電壓限制在倍的相電壓之內，可有效避免由此引發的相間短路、避雷器爆炸及電纜放炮等事故，最大可能地防止間隙性弧光接地故障的發展。當發生金屬性接地時，微機控制器（YTM）顯示屏顯示并記錄金屬接地故障、接地時的三相電壓值、接地時間、接地報警儲存信號等信息。當發生PT單相斷線時，微機控制器顯示屏可顯示PT斷線故障、三相電壓值、開口電壓值，同時提供報警信號。裝置微機控制器具有母線弧光接地動作功能。微機控制器通過對系統電壓進行采集、計算、分析，準確判斷母線弧光接地相別，并驅動消弧回路實現系統弧光接地的保護作用，同時微機控制器保存弧光接地時母線電壓、開口三角電壓、系統對地電容電流等參數，便于動作后分析。同時微機控制器具用CANBUS、RS485通信接口，可接入電氣監控系統，實現遙信、遙測、遙控、遙設功能，采用國家標準通信規約，確保裝置與整個監控系統兼容。

4 改造前四總降35kV系統的運行情況

四總降的35kV系統出線少，共6回分別供35kV三總降壓站、35kV高線變電站和35kV制氧降壓站，但都為架空線路，系統電容電流較小，故都采用了中性點不接地的運行方式。在這種方式下，發生單相接地故障時，線電壓仍然保持對稱性，對用戶影響不大。其次，35kV出線架空線路多，容易因樹木等原因發生一些瞬時性的接地故障，但很快又能夠自行消失，多年實踐經驗證明，此運行方式對提高供電可靠性、減少停電事故非常有效。但隨著25MW和18MW余熱發電機組電纜并入四總降35kV系統運行，特別是三煉鋼3臺精煉爐接入四總降35kV系統運行后，因其出線電纜質量問題多次發生絕緣擊穿接地事故，系統接地后因弧光過電壓導致25MW發電機組和18MW發電機組電纜和電壓互感器多次發生絕緣擊穿的次生事故[4]。為減輕弧光過電壓造成的危害，減少過電壓造成電纜線路絕緣擊穿起火的設備事故，在針對四總降35kV供電系統發生多次過電壓情況進行分析和研究后，擬采取消弧及過電壓保護裝置，來確保昆鋼供電系統的安全運行。

5 加裝消弧及過電壓保護裝置

為了解決四總降35kV系統因弧光接地過電壓導致損傷電纜的事故，決定在四總降35kV系統加裝消弧及過電壓保護裝置，使不穩定的弧光間歇性接地變為直接的金屬性接地，從而避免弧光接地。在四總降35kVⅠ段和Ⅱ段母線分別加裝了一套消弧及過電壓保護裝置，開關編號分別為397#和398#，接于35kVⅠ段母線隔離刀閘為3971#，接于35kV Ⅲ-1段母線隔離刀閘為3973#；接于35kVⅡ段母線隔離刀閘為3982#，接于35kV Ⅲ-2段母線隔離刀閘為3983#，消弧及過電壓保護裝置主要由以下部分組成。

5.1 35kV消弧柜系統接線圖

消弧及過電壓保護裝置接線圖如圖1所示。

圖1 消弧及過電壓保護裝置接線圖

5.2 數碼消弧控制器ZK

數碼消弧控制器ZK是本裝置的核心部分，它根據專用電壓互感器PT提供的A、B、C三相電壓和開口三角電壓的信號，來分別判斷系統接地故障的相別和故障類型，按照消弧裝置預先設定的控制方式，分別控制高壓真空接觸器JZ的動作程序。

5.3 專用的電壓互感器PT

在35kV消諧柜的操作面板上，安裝有A、B、C三相相電壓表及線電壓表，電壓表接于電壓互感器的二次測量繞組，與電壓轉換開關配合，用于監測系統的電壓。電壓互感器輔助二次繞組，接成開口三角形接線，當系統發生單相接地時，開口三角形接線的兩端電壓△U，立即由低電位變成高電位，使控制器ZK投入工作。

5.4 分相控制真空接觸器JZ（A、B、C）

分相控制真空接觸器一端經高壓限流熔斷器組件FUR分別接35kV三相母線，另一端直接接地。處于運行時，JZ均處于斷開位置，當系統發生接地時，受控制器ZK的控制而使JZ合閘。JZ的作用是當35kV系統發生弧光接地時，分相控制真空接觸器合閘后使不穩定的弧光間隙性接地轉變為金屬性直接接地，從而保護系統不受過電壓危害而導致損壞設備。同時，接觸器操作回路三相相互閉鎖，當其中任一相合閘接地時，另外兩相就不會再動作[5]。

5.5 高壓限流熔斷器組件FUR

高壓限流熔斷器組件FUR是裝置的后備保護器件，它用來防止裝置故障造成的誤判斷兩相或三相JZ合閘，進而導致的相間短路事故。

5.6 三相組合式過電壓保護器TBP

三相組合式過電壓保護器TBP是一種高容量的氧化鋅過電壓保護器，它采用四星形接線，用于保護系統的相間及對地過電壓保護，是本裝置中限制各種過電壓的核心元件，在高壓真空接觸器JZ未動作之前將過電壓限制在安全范圍之內。

5.7 零序電流互感器CT及接地電流表

在三相JZ的接地回路中，接有零序電流互感器CT，零序電流互感器CT的二次接有電流表，電流表安裝在控制面板上，當任一相JZ合閘時，就有接地電流流過電流互感器，并可在電流表上顯示出接地電流的大小。

5.8 智能操控裝置

在裝置操作面板上，安裝一臺“智能操控裝置”，裝置上示意兩把隔離刀閘連接的母線，顯示刀閘的分、合閘運行狀態，顯示A、B、C三相的帶電情況，以及顯示A、B、C三相真空接觸器分、合閘的運行狀態。

6 四總降35kV加裝消弧裝置后，查找接地故障案例分析

改造完成后，四總降35kV I段曾發生A相接地故障（當時四總降運行2#和3#主變）。當時，四總降反映35kV I段接地，電壓指示為：Ua=0、Ub=37kV、Uc=37kV，線電壓不變，同時397#消弧柜A相動作，A相接地電流為10A。三總降、高線變均反映35kVⅠ段母線發生單相接地故障。電調室值班員分別通知三總降斷開供3#精煉爐的363#開關、高線變斷開供1#精煉爐357#開關后，四總降消弧裝置397#開關均不能復位，說明接地故障仍存在。通知四總降投1#備用變壓器，將25MW發電機（359#線路）轉由35kV Ⅲ-1段供電后，四總降397#消弧柜復位成功，35kV I段接地消除，接地故障轉移至35kV Ⅲ-1段，通知25MW發電機解列后，四總降斷開359#線路，接地消除。經查，故障原因為25MW發電機電纜在熱電車間圍墻邊電纜A相絕緣擊穿引起系統接地故障，因397#消弧裝置成功動作，未發生過電壓造成次生事故。

7 存在的不足及整改措施

（1）新增消弧裝置后，四總降35kV系統發生接地故障時，事故處理方法與原來有了本質的不同。即系統發生一點接地故障后，消弧裝置動作形成第二個接地點，在采取拉路法每次斷開某條出線后，必須通知四總降值班員對消弧裝置進行手動復位，依據復位成功與否及值班人員對消弧裝置實際接地情況的準確判斷決定下一步的事故處理方案。這就必須加強電力調度員和四總降運行值班人員對消弧裝置原理的學習，掌握正常運行和事故處理中消弧裝置的操作要領。特別對電力調度員來說，必須掌握不同運行方式下查找接地故障的方法，心中有清晰的思路，確保接地事故處理迅速、準確，避免事故處理中發生誤操作、誤調度事故。通過對調度員和運行人員的反復培訓，近幾年來共處理了四總降35kV系統三十幾次單相接地故障事故，未發生倒閘操作和調度失誤[6]。

（2）四總降值班室內無消弧裝置分、合閘位置指示，一旦消弧柜內保險熔斷等原因造成數碼消弧控制器無法顯示真空接觸器分、合閘指示時，難以判斷真空接觸器是否在合閘位置，造成無法判斷接地故障是系統本身故障還是消弧柜真空接觸器合閘后形成的接地故障，延誤了事故處理時間。針對此問題，已在四總降值班室增加了消弧裝置真空接觸器分、合閘位置指示，使值班人員在系統接地后盡快掌握真空接觸器動作情況，有效提高了判斷事故性質的準確性。

（3）中性點不接地系統發生接地故障后，對出線不多的變（配）電站2小時的時間一般能通過拉路法查找出故障線路。當出線較多時，因下級站點減負荷需要時間，2小時的時間是很倉促的，倉促的時間內完成眾多的調令及操作，可能影響調令及操作的正確率。故障存在的時間越長，造成事故擴大的概率越高。故在出線較多的變（配）電站，不宜選用中性點不接地的運行方式。

8 結語

四總降35kV系統加裝消弧及過電壓保護裝置后，較好地解決了該系統經常發生的瞬間接地導致弧光過電壓、造成電纜線路絕緣擊穿著火等故障，進一步提高了設備運行的可靠性。但對于運行值班員和調度管理人員來說，新增消弧裝置后，四總降35kV系統發生接地故障時，事故處理的原則跟老方法有了較大區別，必須加強對消弧裝置原理的學習，掌握正常運行和事故處理中消弧裝置的操作要領，迅速、準確地處理接地事故，避免事故處理中發生誤操作、誤調度，確保昆鋼供電系統的安全可靠運行。