廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局 劉鵬祥

10kV消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時(shí)電纜中間頭運(yùn)行隱患的分析與防范

廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局 劉鵬祥

因產(chǎn)品質(zhì)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(fā)趨勢(shì)，給配網(wǎng)安全可靠供電帶來了風(fēng)險(xiǎn)。其中，對(duì)于變電站采用消弧線圈接地系統(tǒng)的配網(wǎng)10kV線路，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相產(chǎn)生的過電壓有可能會(huì)引發(fā)多個(gè)薄弱電纜中間頭故障的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致線路停電范圍擴(kuò)大。筆者通過當(dāng)?shù)卦l(fā)生的10kV電纜故障案例進(jìn)行分析，探討能有效減少消弧線圈接地系統(tǒng)電纜中間頭故障的防范措施。

消弧線圈接地系統(tǒng)；單相接地；電纜中間頭

1 緒論

隨著城市發(fā)展需要，配網(wǎng)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(huì)越多。眾所周知，近年因產(chǎn)品質(zhì)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(fā)趨勢(shì)，給配網(wǎng)安全可靠供電帶來了風(fēng)險(xiǎn)。其中，對(duì)于變電站采用消弧線圈接地系統(tǒng)的配網(wǎng)10kV線路，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相產(chǎn)生的過電壓有可能會(huì)引發(fā)多個(gè)薄弱電纜中間頭故障的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致線路停電范圍擴(kuò)大，為此，本文作者將從當(dāng)?shù)卦l(fā)生的10kV電纜故障案例進(jìn)行分析，探討能有效減少消弧線圈接地系統(tǒng)電纜中間頭故障的防范措施。

2 發(fā)生單相接地時(shí)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(tǒng)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(diǎn)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(chǎn)生零序電壓；（3）單相接地入地電流是未接地時(shí)每一相對(duì)地電容電流的3倍；（4）正常兩相的接地電流方向?yàn)橛赡妇€流出， 經(jīng)過大地與接地點(diǎn)流回電源；（5）正常兩相接地電流經(jīng)接地點(diǎn)由正常相流回電源，方向由線路流向母線。

實(shí)際上，在小電流接地系統(tǒng)中單相接地是一種常見故障，尤其是在臺(tái)風(fēng)雷雨季節(jié)、潮濕的地區(qū)，10kV配電線路運(yùn)行過程中更容易發(fā)生單相接地故障[1]。盡管消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)能夠利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流對(duì)故障點(diǎn)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流經(jīng)故障點(diǎn)的殘余電流減小從而達(dá)到自然熄弧，對(duì)抑制間歇性弧光接地產(chǎn)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(tǒng)最高允許單相接地運(yùn)行2小時(shí)，在穩(wěn)定電弧接地和金屬性接地階段，故障相仍會(huì)產(chǎn)生過電壓，過電壓持續(xù)會(huì)對(duì)非故障相設(shè)備絕緣造成危害；而實(shí)際上，由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償存在一定難度，而且消弧線圈僅僅補(bǔ)償了工頻電容電流，而實(shí)際上通過接地點(diǎn)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(yán)重時(shí)僅高頻電流及阻性電流就可以維持電弧的持續(xù)燃燒，因此當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地故障時(shí)，由于不穩(wěn)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(shí)非故障相的過電壓幅值甚至能達(dá)到3.15-3.5倍的相電壓，這種過電壓是由于系統(tǒng)對(duì)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(xù)的瞬間發(fā)生的且幅值較高的過電壓，對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備危害極大。

3 電纜單相接地引發(fā)中間接頭故障實(shí)例分析

筆者在此以當(dāng)?shù)夭捎孟【€圈接地系統(tǒng)的某110kV變電站單回10kV線路單相接地故障后，引發(fā)一連串10kV線路中間接頭薄弱點(diǎn)擊穿而造成多回線路跳閘的案例進(jìn)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(fā)生單相接地的同時(shí)，其所在并列運(yùn)行的2M、5M母線接地告警動(dòng)作，到17:29接地告警復(fù)歸，單相接地時(shí)間持續(xù)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(fā)現(xiàn)，樂西乙線B相接地故障發(fā)生時(shí)，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(xù)時(shí)間約為14min。參照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》[3]，對(duì)35kV及以下橡塑絕緣電力電纜開展交流耐壓試驗(yàn)，要求2.0倍U0試驗(yàn)電壓下持續(xù)5min，且對(duì)于運(yùn)行年限較久（如5年以上）的電纜線路，電纜能承受的試驗(yàn)電壓和耐壓時(shí)間都會(huì)有所降低。因此，在單相接地持續(xù)的情況下，相當(dāng)于對(duì)運(yùn)行中電纜開展了長時(shí)間的耐壓試驗(yàn)，如存在絕緣隱患的中間頭的薄弱點(diǎn)就有可能被擊穿，造成故障范圍擴(kuò)大，導(dǎo)致更多線路故障停電。

4 結(jié)論

綜上所述，為盡量避免消弧線圈接地系統(tǒng)的10kV線路發(fā)生單相接地時(shí)引發(fā)多處電纜中間頭故障，導(dǎo)致線路故障范圍擴(kuò)大，可采取以下技術(shù)防范措施：

（1）對(duì)變電站10kV母線在運(yùn)的消弧線圈接地成套裝置，可結(jié)合對(duì)供電區(qū)域范圍（如城區(qū)供電）特點(diǎn)逐步改造成小電阻接地方式；如用戶對(duì)供電可靠性有特別要求的變電站，經(jīng)研究分析可考慮消弧線圈并聯(lián)小電阻的接地方式；

（2）對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長、運(yùn)行環(huán)境惡劣、懷疑存在施工質(zhì)量或產(chǎn)品質(zhì)量問題等電纜中間頭的電纜下路，安排停電有針對(duì)性開展電纜振蕩波局放測(cè)試和耐壓試驗(yàn)，排查電纜中間頭安全隱患，發(fā)現(xiàn)異常的電纜中間頭應(yīng)馬上更換；

（3）提高電纜及電纜附件施工質(zhì)量，在制作過程和驗(yàn)收環(huán)節(jié)把關(guān)，安排具備資質(zhì)的運(yùn)行人員對(duì)電纜附件制作過程進(jìn)行旁站監(jiān)督，對(duì)施工制作過程關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)拍照記錄，降低因施工質(zhì)量不過關(guān)造成的電纜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

[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(shù)與設(shè)計(jì),2016(13).

[3]電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].Q/CSG114002-2011,2011-10-26.

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