趙艷龍, 李勤超, 周立中, 谷劍峰
(國網(wǎng)湖州電力調(diào)度控制中心安吉分中心, 浙江 安吉 313300)
35kV線路典型電壓異常分析與故障判斷
趙艷龍, 李勤超, 周立中, 谷劍峰
(國網(wǎng)湖州電力調(diào)度控制中心安吉分中心, 浙江 安吉 313300)
研究指出了35 kV線路典型故障時的電壓異常情況,包括線路接地、線路斷線、母線PT熔絲熔斷、線路諧振等,通過理論分析給出了各種情況下的判斷方法,并利用實例驗證了判斷方法的實用性,為調(diào)控員判斷分析故障提供理論依據(jù).
小電流接地系統(tǒng); 電壓異常; 線路斷線; 單相接地; 諧振
電壓監(jiān)視是調(diào)控運行人員對變電站設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的一項重要的工作.隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,新技術(shù)新設(shè)備的不斷應(yīng)用,電網(wǎng)可靠性越來越高,但同時電網(wǎng)因各種原因引起的電網(wǎng)異常也越來越復(fù)雜.而大部分設(shè)備異常最直觀的展現(xiàn)就是電網(wǎng)電壓發(fā)生異常,因此要求調(diào)控員在發(fā)生電壓異常時能夠及時地分析判斷出相應(yīng)的故障類型,及時進(jìn)行處理,防止設(shè)備長時間地故障運行,造成更大的事故.
35 kV線路作為配網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分,目前主要采用的是小電流接地系統(tǒng),包括中性點不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng).對于小電流接地系統(tǒng),常見的故障類型有:二相短路、三相短路、兩相不同地點接地短路、單相接地、線路斷線、PT熔絲熔斷、線路諧振等.其中,對于短路故障,線路一般的表現(xiàn)形式為直接發(fā)生保護(hù)動作、開關(guān)跳閘;對于其他類別的故障,目前線路并沒有直接的保護(hù)形式,一般的表現(xiàn)形式為線路電壓異常,發(fā)生三相電壓不平衡現(xiàn)象.
基于此,有必要對35 kV線路發(fā)生的典型電壓異常情況進(jìn)行分析,找出各種故障情況下電壓異常的表現(xiàn)形式,方便調(diào)控員明確區(qū)分故障類型,在發(fā)生電壓異常故障時作出正確判斷,及時通知運維檢修人員處理故障,減少故障對電網(wǎng)設(shè)備的損壞.本文根據(jù)本地區(qū)35 kV線路的實際運行情況,分析發(fā)生線路接地、線路斷線、母線PT熔絲熔斷、線路諧振等故障情況下電壓異常情況,同時利用近期發(fā)生的一起故障實例,驗證故障判斷方法,為調(diào)控員在發(fā)生35 kV線路電壓異常時提供判斷依據(jù).
目前,35 kV線路典型的接線形式為單電源單回路供電,上級電源一般為110 kV變電站,某些220 kV變電站也設(shè)有35 kV線路出線.本文基于本地區(qū)實際情況,主要討論上級電源為110 kV變電站35 kV線路發(fā)生故障時的電壓異常,其一次電氣接線如圖1所示.
1.1線路接地
線路接地是目前35 kV線路中常見的故障,主要原是因天氣惡劣、外力損壞等情況所導(dǎo)致的線路設(shè)備發(fā)生接地故障.據(jù)統(tǒng)計,2015年本地區(qū)35 kV線路故障中,接地故障占65%.當(dāng)35 kV線路發(fā)生兩相或三相接地時會出現(xiàn)短路故障,從而引起保護(hù)動作、開關(guān)跳閘,造成電壓直接消失等情況.
下面重點分析35 kV線路發(fā)生單相接地時的電壓異常情況.在實際運行中單相接地故障又分為金屬性單相接地和非金屬性單相接地.
1.1.1 金屬性單相接地
此時兩個變電站電壓監(jiān)控界面的表現(xiàn)特征為:110 kV變電站P和35 kV變電站Z的35 kV母線A相電壓同時接近零(實際中金屬性接地也存在一定的微小接地阻抗,因此一般接地相電壓不為零),而B、C兩相的同時相電壓接近線電壓值,35 kV母線線電壓變化不明顯.當(dāng)B相或C相發(fā)生金屬性接地時,其原理同A相接地特征.
1.1.2 非金屬性單相接地
此時兩個變電站電壓監(jiān)控界面的表現(xiàn)特征為:110 kV變電站P和35 kV變電站Z的35 kV母線A相電壓同時變小(其值介于0至相電壓之間),而B、C相電壓同時變大(其值介于相電壓與線電壓之間),35 kV母線線電壓變化不明顯.當(dāng)B相或C相發(fā)生非金屬性接地時,其原理同A相接地特征.
1.2線路斷線
隨著電網(wǎng)設(shè)備的不斷升級改造,線路斷線故障較難發(fā)生.但正是因為此故障發(fā)生概率較低,因此部分年輕調(diào)控員在運行值班中碰見類似的故障時難以發(fā)現(xiàn)問題所在,為此有必要對線路斷線故障進(jìn)行分析.
線路斷線故障有單相、兩相、三相斷線,其中三相斷線時受電側(cè)變電站直接停電,類似于線路跳閘,同時線路斷線時有可能導(dǎo)致線路跌落地面發(fā)生接地故障.本文僅討論單相、兩相斷線且不接地時電壓異常情況.
1.2.1 單相斷線
當(dāng)35 kV線路A相中k點發(fā)生斷線時,此時35 kV系統(tǒng)斷線如圖4所示.
1.2.2 兩相斷線
1.3母線PT熔絲熔斷
母線PT熔絲熔斷也是35 kV線路電壓異常的典型故障之一,其又分為高壓熔絲熔斷和低壓熔絲熔斷.母線PT熔絲熔斷時,電壓異常現(xiàn)象僅存在一個變電站,即當(dāng)110 kV變電站P母線PT發(fā)生熔絲熔斷故障時,110 kV變電站P側(cè)35 kV電壓發(fā)生異常,而35 kV變電站Z側(cè)35 kV電壓運行正常.以此可以作為區(qū)分母線PT熔絲熔斷故障與線路接地、線路斷線、線路諧振的不同之處.下面以110 kV變電站P側(cè)35 kV母線PT發(fā)生熔絲熔斷為例進(jìn)行分析.
1.3.1 高壓熔絲熔斷
如圖1中,當(dāng)110 kV變電站P側(cè)35 kV母線PT高壓熔絲FU1的A相發(fā)生熔斷后,此時A相電壓互感器中沒有勵磁電源,因而二次側(cè)也就沒有感應(yīng)電動勢,在理想狀態(tài)下,此時PT顯示A相電壓為零,B、C兩相電壓保持不變;但由于互感器結(jié)構(gòu)的原因,B、C兩相一次側(cè)將對A相二次側(cè)產(chǎn)生影響,致使A相讀數(shù)不為零.因此在實際運行過程中,當(dāng)高壓側(cè)A相熔絲發(fā)生熔斷后,電壓異常特征顯示為:A相電壓值大幅度減小但不為零,B、C兩相電壓不變.
1.3.2 低壓熔絲熔斷
如圖1中,當(dāng)110 kV變電站P側(cè)35 kV母線PT低壓熔絲FU2的A相發(fā)生熔斷后,此時PT的A相二次側(cè)處于斷開狀態(tài),沒有感應(yīng)電流流過.因此,當(dāng)?shù)蛪簜?cè)A相熔絲熔斷后,電壓異常特征表現(xiàn)為:A相電壓為零,B、C兩相電壓不變.
1.4線路諧振
線路諧振主要是由于系統(tǒng)運行參數(shù)達(dá)到諧振條件時發(fā)生的電壓不平衡性現(xiàn)象,一般情況下有兩種:一種是基波諧振,此時一相或兩相電壓(等值)降低(不為0),另外兩相電壓(等值)或一相電壓升高,可能大于線電壓,但不超過線電壓3倍,線電壓保持不變;另一種為高頻諧振或者分頻諧振,此時三相電壓同時升高,可能大于線電壓,但都不超過線電壓3~3.5倍[4].發(fā)生線路諧振時,110 kV變電站P側(cè)與35 kV變電站Z側(cè)電壓將同時出現(xiàn)異常,且異常情況基本相同.
對于線路諧振現(xiàn)象最直接的判斷方法是:改變系統(tǒng)運行參數(shù),如調(diào)整變電站P側(cè)或變電站Z側(cè)變壓器分接頭位置、投/退電容器、拉開空載充電線路等方式,若此時電壓不平衡現(xiàn)象消失,則可判斷為發(fā)生了線路諧振.
2016年某日,當(dāng)值調(diào)控員在運行值班時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電壓異常告警,通過查看調(diào)度自動化系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)此時故障現(xiàn)象為:110 kV變電站P側(cè)35 kV母線發(fā)出接地告警信號,A相電壓25.65 kV,B相電壓18.96 kV,C相電壓19.10 kV,3U0為0.59 kV;35 kV變電站Z側(cè)35 kV母線A相電壓2.89 kV,B相電壓19.26 kV,C相電壓19.38 kV,3U0為27.26 kV.
當(dāng)值調(diào)控員在查看故障信息后,結(jié)合本文以上分析,作出了以下初步判斷:110 kV變電站P與35 kV變電站Z之間的35 kV線路發(fā)生A相斷線故障,并及時通知運維檢修部門進(jìn)行線路巡視.經(jīng)過現(xiàn)場巡線,線路部門在該線路#12塔處發(fā)現(xiàn)A相跳檔線發(fā)生斷裂,線路部門及時處理故障后,經(jīng)110 kV變電站P側(cè)試送,電壓恢復(fù)正常,而后恢復(fù)正常運行方式.
本文根據(jù)地區(qū)線路運行實際狀況,分析了35 kV線路發(fā)生典型故障時電壓的異常情況,包括線路單相接地、線路單相斷線、線路兩相斷線、母線PT高壓側(cè)熔絲熔斷、母線PT低壓側(cè)熔絲熔斷、線路諧振等故障情況下電壓異常情況,通過理論分析,給出了電壓異常時判斷故障的方法.最后利用一起故障實例,驗證了理論分析的實用性,為調(diào)控員運行值班提供理論參考,當(dāng)35 kV線路電壓發(fā)生異常時,能夠及時正確地處理,縮短事故發(fā)生時間,降低事故對設(shè)備的損傷率,提高電網(wǎng)運行可靠性.
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AbnormalVoltageAnalysisandFaultDiagnosisof35kVLine
ZHAO Yanlong, LI Qinchao, ZHOU Lizhong, GU Jianfeng
(Anji Sub Center of State Grid Huzhou Electric Power Dispatching Control Center, Anji 313300, China)
It is necessary to analyze all kinds of abnormal situations, so as to be able to judge the faults correctly. This paper points out the abnormal voltage situation of 35kV line which includes line grounding, line break, bus fuse fusing of PT, line resonance and so on. Based on the theoretical analysis, the method of problem detecting is given. An example is given to verify the practicability of the method. It provides a theoretical basis for dispatchers to find and analyze fault.
small current grounding system; abnormal voltage; line break; single phase grounding; resonance
2016-10-12
趙艷龍,工程師,碩士,研究方向:電網(wǎng)調(diào)控運行與管理.E-mial:zylong1985@163.com
TM713
A
1009-1734(2017)08-0050-05
[責(zé)任編輯吳志慧]