監(jiān)控模式下10kV配網(wǎng)故障的判別與處理

丁 偉,王文貞

(滄州供電公司,河北 滄州 061001)

隨著城市規(guī)模及設(shè)備技術(shù)改造的不斷擴(kuò)大,在城市配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的10kV系統(tǒng)中,各變電站母線電壓監(jiān)測信號已傳輸至調(diào)度運(yùn)行監(jiān)控中心,實現(xiàn)工作人員遠(yuǎn)方監(jiān)控工作模式。在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的影響下,城市10kV配電網(wǎng)由于線路較長,所接負(fù)荷性質(zhì)復(fù)雜,路徑雜亂,有時因外力破壞、用戶設(shè)備維護(hù)、容性負(fù)載影響或操作不當(dāng)?shù)仍?引起各種短路或接地故障。為了提高供電可靠性和服務(wù)質(zhì)量,從容應(yīng)對突發(fā)狀況,應(yīng)對變電站無人值守模式下要求調(diào)度運(yùn)行人員要具備依據(jù)自動化信息數(shù)據(jù)及現(xiàn)象判斷事故性質(zhì)的能力,并執(zhí)行相應(yīng)的故障處理措施,以減輕變、配電運(yùn)行、檢修人員的勞動強(qiáng)度,提高工作效率。由于變電站普遍采用電壓互感器監(jiān)測系統(tǒng)一次電壓和系統(tǒng)絕緣情況,并根據(jù)二次系統(tǒng)電壓值進(jìn)行監(jiān)測報警。然而,由于系統(tǒng)二次電壓不平衡形成因素很多,使得運(yùn)行人員難以很快地根據(jù)系統(tǒng)二次電壓判斷當(dāng)前故障情況?，F(xiàn)對變電站10kV系統(tǒng)二次電壓異?，F(xiàn)象作一簡要分析,作為調(diào)度運(yùn)行人員的工作參考。

1 電壓不平衡的故障類型判斷

在變電站實際運(yùn)行過程中,10kV系統(tǒng)二次電壓異?？赡苡啥喾N因素造成,當(dāng)變電站站內(nèi)設(shè)備或線路上發(fā)生故障時,反映到10kV母線三相電壓幅值上,調(diào)度運(yùn)行人員首先要判斷區(qū)分故障類型。變電站母線電壓異常情況包括:電壓互感器高壓保險熔斷、低壓保險熔斷、一次系統(tǒng)接地故障、線路斷線故障、諧振過電壓等等。一般說來,有以下幾種表現(xiàn)形式。

1.1 單相接地故障造成三相電壓不平衡

單相完全接地:一相電壓為零,兩相升高為線電壓(電壓為0的相為接地相)。

單相不完全接地:一相電壓降低但不到零,兩相升高但不相等,其中一相可略超過線電壓(電壓降低相為接地相)。

如上所述,系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,由于系統(tǒng)的對地電容和絕緣電阻相對固定,系統(tǒng)電壓變化情況將隨接地電阻的不同而有所不同。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地,接地電阻等于0時,系統(tǒng)中性點與故障相電壓重合,故障相電壓為0,非故障相電壓則上升為倍相電壓;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生非金屬性接地時,接地電阻 R≠0,此時,由于零序電壓向量值將隨接地電阻的大小變化而變化,可能出現(xiàn)的情況包括:故障相電壓與滯后相電壓大小相等,但小于另外一相;故障相電壓小于滯后相電壓,滯后相電壓小于故障超前相;故障相電壓大于滯后相電壓,但小于超前相。

由此可見,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地時,故障特征較為明顯,可以準(zhǔn)確判斷出故障類型,而在系統(tǒng)發(fā)生非金屬性接地時,由于接地電阻的不確定性,二次電壓異常具有較大的隱蔽性,容易與 TV保險熔斷或二次回路接線錯誤等故障混淆,仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn),該情況至少有一相電壓超過了相電壓,這是保險熔斷時不會出現(xiàn)的。

1.2 電壓互感器(PT)斷線造成三相電壓不平衡

1)電壓互感器高壓保險熔斷:熔斷相電壓降低但不到零,非熔斷相電壓指示正常值。

電壓互感器高壓保險熔斷時,受電壓二次回路的負(fù)載影響,熔斷相電壓降低,但不為零,此時其它兩相電壓應(yīng)保持為正常相電壓或略低。同時由于熔斷相出現(xiàn)在互感器高壓側(cè),互感器低壓側(cè)會出現(xiàn)零序電壓,其大小通常高于接地信號限值,起動接地裝置,現(xiàn)場發(fā)出 PT斷線信號。

2)電壓互感器低壓保險熔斷:熔斷相電壓降低至零,非熔斷相電壓指示正常值。

電壓互感器低壓保險熔斷時,在二次側(cè)的反映和高壓保險熔斷基本類似,不容易區(qū)分,但是由于保險熔斷發(fā)生在低壓側(cè),影響的將只是某一個繞組的電壓,不會出現(xiàn)零序電壓。在這種情況下,通過用電壓表檢查電壓回路熔斷器兩側(cè)電壓可以快速地確定故障原因。如果某相低壓保險兩側(cè)電壓不等,可以確認(rèn)為該低壓保險熔斷,否則,應(yīng)判斷為互感器高壓保險熔斷。

1.3 系統(tǒng)鐵磁諧振造成三相電壓不平衡

1)基頻諧振:一相電壓降低但不為零,其余兩相對地電壓升高而且超過線電壓;或兩相對地電壓降低,一相電壓升高,可判斷為基頻諧振過電壓。

2)分頻諧振:三相同時升高或依次輪流升高,而且三相電壓在不同的范圍內(nèi)出現(xiàn)低頻(每秒一次左右)擺動,可判斷為分頻諧振過電壓。近年來,由于配電線路中用戶電壓互感器、電子控制電焊機(jī)、調(diào)速電機(jī)等設(shè)備的增加,使得10kV配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā)生了很大變化。當(dāng)電壓互感器的感抗和系統(tǒng)電容的容抗?jié)M足條件XL=XCO時,系統(tǒng)便會發(fā)生諧振。系統(tǒng)諧振時,電壓互感器將產(chǎn)生過電壓,使電流激增,此時除了造成一次側(cè)熔斷器燒毀之外,還將導(dǎo)致電壓互感器燒毀。例如在變電站送電時,當(dāng)空載母線對地電容的容抗和電壓互感器的感抗相近時,即很有可能出現(xiàn)諧振。在此情況下,應(yīng)增加10kV送出線路和站用變壓器改變系統(tǒng)參數(shù),避免諧振的發(fā)生。

系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振的原因較多,除空送母線時的母線對地電容和電壓互感器行程的諧振較易判斷并易消除外,其它的都較難判斷。不過,整體上看,鐵磁諧振一般表現(xiàn)為一相或兩相甚至三相對地電壓升高,部分情況下電壓表會發(fā)生低頻擺動。如果出現(xiàn)電壓異常升高,而沒有任何一相電壓降低的情況出現(xiàn),則應(yīng)該考慮是否是由于鐵磁諧振造成的,采用斷開部分較長的線路等方式改變系統(tǒng)參數(shù),消除諧振條件。

1.4 線路斷線故障造成三相電壓不平衡

1)單相斷線:一相電壓升高,不超過1.5倍相電壓,兩相電壓降低且相等,不低于0.866倍相電壓(電壓升高相為斷線相 )。

2)兩相斷線:一相電壓降低,但不到零,兩相電壓升高且相等,不超過線電壓(電壓升高相為斷線相)。兩相斷線與單相接地短路的邊界條件相似。因而在工作中凡是遇到接地報警的情況,要充分考慮各種情況,以便及時消除故障點恢復(fù)線路供電。

1.5 系統(tǒng)電壓不平衡現(xiàn)象

在變電站投運(yùn)時經(jīng)常會發(fā)生中性點出現(xiàn)偏移的情況,有時候甚至?xí)l(fā)出接地報警信號,這通常是由于變電站投運(yùn)時,主變壓器空載運(yùn)行,低壓側(cè)母線橋和空母線的對地電容不相等造成的。對于空母線,此對地電容即是其主要負(fù)荷,其不平衡因素對母線電壓的影響較為明顯,此時如果能夠及時地讓變壓器帶上出線或站用變壓器,減少電容不平衡對母線電壓的影響,電壓通常會回復(fù)到正常狀態(tài)。

2 單相接地故障的查找及處理原則

在小電流接地系統(tǒng)中單相接地故障是最常見的,約占配電網(wǎng)故障的80%以上。隨著10kV配電網(wǎng)絡(luò)改造后線路開始大量采用高壓電纜作為送電線路,同時由于采用了緊湊型全封閉式開關(guān)設(shè)備以及氧化鋅避雷器,系統(tǒng)電容電流較以前大大增加,對地電容的增大以及系統(tǒng)的耐受時間比以前更短,也更容易產(chǎn)生較高的內(nèi)部過電壓。而10kV系統(tǒng)單相接地故障的判定通常只有依靠10kV母線電壓監(jiān)控點的二次電壓來反映,在此情況下,這就需要值班人員能夠及時、準(zhǔn)確地判斷系統(tǒng)單相接地故障類型,盡快斷開故障線路,減少查找故障、消除故障的時間,避免由于故障處理不及時引起事故擴(kuò)大,保證電力設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

現(xiàn)在一些常規(guī)變電站是靠小電流接地選線裝置發(fā)出告警信號,提醒運(yùn)行監(jiān)控人員,但在發(fā)生單相接地故障時,由于故障電流較小,使得故障選線較困難,容易出現(xiàn)誤報或錯報的現(xiàn)象。而一些變電站并不具備接地選線裝置,是由調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控人員通過接在電壓互感器二次相電壓表中的幅值來判斷故障。由于配網(wǎng) 10kV系統(tǒng)采用母線電壓點監(jiān)視形式,發(fā)生接地時只能判斷某一電壓等級系統(tǒng)有接地,而不能指出故障點所在的具體線路,所以為了找出故障點,必須依次短時斷開各條線路開關(guān)進(jìn)行選線。

2.1 接地故障的處理原則

盡量縮短接地故障時間;盡量縮小接地故障范圍;接地母線保持電壓低限值運(yùn)行;盡快恢復(fù)線路正常運(yùn)行。

2.2 單相接地故障的查找方法

單相接地故障的發(fā)生應(yīng)以信號裝置動作(三相電壓顯著不平衡)、消弧線圈動作為準(zhǔn),值班調(diào)度員接到故障信號應(yīng)立即與變電站運(yùn)行監(jiān)控值班員核實各相對地電壓、中性點位移電壓、消弧線圈電流、設(shè)備異常情況等 4個方面情況。在判定系統(tǒng)有單相接地故障,而有關(guān)變電站巡查后又沒有發(fā)現(xiàn)接地故障點時,則應(yīng)按下列順序查出故障設(shè)備:先選擇拉開空載線路及電容器,如有兩組變壓器,而其10kV母線通過分段開關(guān)并列運(yùn)行的,可先解開分段開關(guān),檢查出哪一母線系統(tǒng)有接地。

2.3 10kV線路接地故障的查找

根據(jù)規(guī)程及經(jīng)驗,查找接地故障。有接地選線裝置的,首先考慮選出的線路。如無接地選線裝置的可按下列順序進(jìn)行短時拉路的方法按以下原則查找。

1)依照負(fù)荷重要性:非特殊時期先農(nóng)電線路后城區(qū)線路。

2)根據(jù)天氣情況:先故障率高、線路老化嚴(yán)重、為架空裸導(dǎo)線的、未經(jīng)配網(wǎng)線路改造過的分支線路。

3)依照線路情況:先架空線路,后電纜線路。

4)依照線路長短及分支數(shù)量的多少:先長線路,線路帶分支的,特別是分支線路較長較多的線路;后短線路,先分支多的線路,后分支少的線路。

5)依照用戶的重要性:先一般線路,其次是重要用戶較少的線路,最后是重要用戶較多的線路。

6)按事故拉路序位表順序試?yán)€路開關(guān):值班調(diào)度員也可根據(jù)有關(guān)用戶的反映,跳序試?yán)€路開關(guān);對雙電源的用戶不進(jìn)行調(diào)整供電方式,直接試?yán)€路開關(guān)(注意另一線路不能過負(fù)荷)。

注意對一級保電線路及特殊時期保電用戶不得進(jìn)行全線試?yán)?若為同母線兩條出線線路同時接地時,采用將所有線路拉路后逐條試送的方法選出接地線路,遵循線路不帶接地運(yùn)行原則。

2.4 選出接地線路后的處理

將線路分段,盡量縮小接地故障范圍。

將接地線路所帶大分支全部拉開,如接地消失,則逐個試送分支開關(guān),找出故障段;如接地未消失,根據(jù)線路負(fù)荷分配情況,選取中間段聯(lián)絡(luò)開關(guān)作為分段點,找出故障段。

對僅剩一級保電線路未拉路且未確定該線路接地的,應(yīng)立即通知相關(guān)單位組織人員對該一級保電線路查線。在保證供電的情況下,可以試?yán)摼€路部分分段、分支開關(guān)確定接地點。若試?yán)摼€路末段分段、分支開關(guān)后接地現(xiàn)象消失,則此開關(guān)不送電,直至接地點排除或隔離。若未發(fā)現(xiàn)該線路故障點,則將該線路所在母線其余出線開關(guān)及連接設(shè)備全部拉開,判斷接地點是否在該線路。若在該線路,繼續(xù)查找。

若為主線路接地且負(fù)荷性質(zhì)重要或有政治保電任務(wù)的,可帶接地查找故障。在查出某一線路接地,如不威脅人身或設(shè)備安全時,可帶接地運(yùn)行至規(guī)定時間。并通知有關(guān)單位盡快組織人員搶修按規(guī)定時間將有故障的線路切除。其他情況下,可將線路停電后查找。

電纜線路接地,嚴(yán)禁帶接地運(yùn)行,先電話詢問95598是否有電纜被挖斷的情況及地點,如沒有,通知配電搶修人員查找接地點。

間歇性接地,找出故障線路后立即切除。

在確定接地線路故障段后,立即通知相關(guān)單位查線。

2.5 單相接地故障處理的注意事項

①雷雨天氣禁止帶接地運(yùn)行。②電纜線路拉路后,不能立即試送。③電纜線路接地只允許試送一次。④做好與監(jiān)控中心操作隊、配電搶修人員、電話95598的協(xié)調(diào)工作,快速找出接地故障線路及接地故障點,及時處理。

3 結(jié)束語

以上是對城市配網(wǎng) 10kV母線系統(tǒng)電壓的變化及單相接地故障現(xiàn)象及處理原則的簡要說明,總結(jié)了變電站10kV小電流接地系統(tǒng)較為常見的一些電壓異常情況。以此作為調(diào)度運(yùn)行人員事故處理的參考,達(dá)到減少查找故障、消除故障的時間,提高供電可靠性,避免由于故障處理不及時引起事故擴(kuò)大,保證電力設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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