35 kV開關(guān)站送出線路故障分析

岳克明，劉 珊，楊 華

（1.中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

電站并網(wǎng)階段，送出線路敷設(shè)的好壞起著重要的作用，多送出回路在同一電纜槽盒內(nèi)敷設(shè)方式不合理極易造成相間電流不平衡，從而導(dǎo)致零序電流動作，進而引起電站的跳閘事故。在上述條件下，若送出線路路線較長且各送出線路未進行相間標(biāo)識時，對由此引起的電站跳閘事故的整改更加困難。這種困難表現(xiàn)在以下兩方面：一是線路長，多回送出線路容易纏繞在一起，在進行相間標(biāo)識時難度增加；二是多回送出線路路線長容易纏繞在一起，電纜捋順較困難，進行施工時往往需要切斷電纜進行梳理，最后再重新做接頭，增加了人、財、物方面的損失。

1 某35 kV開關(guān)站送出線路故障分析

1.1 事故起因

某電廠開關(guān)站共有7回集電線路，5回送出線路，線路長度約1 km，電壓等級35 kV，均采用單芯電纜，以直埋加高壓槽盒方式敷設(shè)。35 kV送出線路在本側(cè)和對側(cè)均接于同一段母線，多回同相屬于并聯(lián)方式。

2019年9月15日10：06，開關(guān)站V線325開關(guān)跳閘，報“零序過流II段動作”，聯(lián)跳集電II線312開關(guān)集電IV線，314開關(guān)集電VII線，317開關(guān)跳閘，間隔688 ms后，開關(guān)站II線322開關(guān)報“零序過流II段動作”故障跳閘，聯(lián)跳集電II線312開關(guān)，而開關(guān)站V線、II線對側(cè)開關(guān)運行正常。

2019年9月16日09：46，35 kV集電III線313開關(guān)、集電V線315開關(guān)、集電VI線316開關(guān)跳閘，開關(guān)站III線323開關(guān)跳閘。集電V線315開關(guān)報“零序過流I段動作”跳閘，開關(guān)站III線323開關(guān)報“零序過流I段動作”故障跳閘，開關(guān)站III線對側(cè)開關(guān)運行正常。

依據(jù)線路測控保護裝置記錄，故障發(fā)生后，采取措施將零序保護定值[1]暫時退出運行。

定值修改完成后，于2019年9月19日重新送電，于晚上21：16時送電完成。2019年9月20日11：43時，II、IV、V線開關(guān)跳閘。

1.2 故障排查

2019年9月15日故障發(fā)生后，依據(jù)線路測控保護裝置的事件記錄，均為送出線路的零序保護II段動作，集電線路無故障發(fā)生，經(jīng)排查送出電纜線路無異常。將零序保護定值還原為第一版定值，零序過流I段0.08 A/0.5 s改為0.12 A/0.2 s，零序過流II段0.05 A/0.9 s改為0.1 A/0.5 s。

開關(guān)站V線零序過流II段保護定值為0.05 A，時限為0.9 s，由故障錄波波形得知，零序電流為0.054 A，因此送出線路開關(guān)站V線零序過流II段動作跳閘。

開關(guān)站I線零序過流II段保護定值也為0.05 A，時限為0.9 s，由故障錄波波形得知，零序電流為0.06 A，因此送出線路開關(guān)站II線零序過流II段動作跳閘。由此判斷，集電II線、集電IV線、集電VII線相繼跳閘。

2019年9月16日故障發(fā)生后，經(jīng)查看故障錄波器的波形和開關(guān)柜保護裝置的事件記錄[2-4]得知，母線電壓L2相降低，L1、L3相電壓升高，符合單相接地的故障向量特征。查看集電V線電流波形，推斷集電V線L2相單相接地。而根據(jù)III線電流波形知，集電V線單相接地導(dǎo)致開關(guān)站III線自產(chǎn)零序電流增大為0.132 A，開關(guān)站III線零序過流I段保護動作，開關(guān)站III線跳閘后聯(lián)跳集電III線、集電VI線。開關(guān)站送出線路與集電線路聯(lián)跳邏輯關(guān)系如下：I線聯(lián)跳集電I線；II線聯(lián)跳集電II線；III線聯(lián)跳集電III線和集電VI線；IV線聯(lián)跳集電V線；V線聯(lián)跳集電IV線和集電VII線。

1.3 故障分析

a）若系統(tǒng)中出現(xiàn)接地故障，則母線電壓會存在明顯降低，零序電壓明顯升高，且9月16日的故障已找到明確的故障點，確為電纜頭絕緣擊穿，發(fā)生單相接地故障。

b）分析9月15日故障波形，35 kV母線電壓無任何升高和降低的情況，但送出線路各相電流均不平衡，系統(tǒng)存在自產(chǎn)三相不對稱電流，其矢量和用3Io表示，開關(guān)站II線3Io為0.06 A，開關(guān)站III線3Io為0.015 A，而零序過流II段定值為0.05 A，因此322開關(guān)跳閘，而323開關(guān)保持運行。由上所述，初步認(rèn)為送出線路故障屬于出線電流不平衡導(dǎo)致自產(chǎn)零序電流升高引起的跳閘。

c）產(chǎn)生電流不平衡的原因主要有：同相并聯(lián)各根電纜交流電阻不完全匹配；施工不規(guī)范導(dǎo)致線路間距過近，線路互感作用改變了各相電路分布，相電流不平衡，從而導(dǎo)致線路零序電流過大?；谝陨戏治?，對5回出線進行現(xiàn)場核查，發(fā)現(xiàn)電纜敷設(shè)存在以下問題：施工過程中沒有按照每回三相品字形布置，部分路段電纜由品字形排列變成了一字形排列；原設(shè)計要求5回出線15根電纜分布在2個槽盒中，分別為2回6根和3回9根，但施工過程中并未按照設(shè)計要求的“9+6”根分別放入2個槽盒，造成線路運行時各相電流不平衡；各回出線電纜間距過小導(dǎo)致線路互感變強，三相電流不平衡，零序電流變大。

1.4 故障原因

依據(jù)保護故障類型，零序電流保護動作[5-6]的原因主要有兩方面：一是系統(tǒng)中出現(xiàn)接地故障；二是系統(tǒng)中三相電流不平衡導(dǎo)致自產(chǎn)的零序電流過大，超過零序電流保護整定值。

a）35 kV開關(guān)站送出線路的設(shè)計方案為5回送出線路在同母線上并聯(lián)，且均為單芯電纜線路，由于各電纜間相互影響，容易產(chǎn)生不平衡電流，引起零序保護動作。

b）35 kV開關(guān)站送出線路的敷設(shè)方式為地埋加電纜槽盒方式，在施工過程中不規(guī)范，導(dǎo)致線路間距過近，線路互感作用改變了各相電路分布，相電流不平衡。

2 某35 kV開關(guān)站送出線路故障排除的技術(shù)難點及采取的措施

2.1 故障排除的技術(shù)難點

根據(jù)故障原因，需要調(diào)整設(shè)計和施工方案，但無論設(shè)計方案還是施工方案的調(diào)整都要考慮實際施工過程中碰到的施工技術(shù)難點，本工程實際施工過程中存在以下技術(shù)難點：第一，施工時未在管溝兩端、穿管兩端、圍墻內(nèi)外等處標(biāo)示，無法判明兩端的電纜名稱、相序，需要重新核相。第二，圍墻外、過路管土方量大，且開挖時不宜動用機械，以免損傷電纜。第三，施工時穿管未按各回路三相穿管，而是任意穿管，如按消缺方案需破管。第四，品字形綁扎需準(zhǔn)備品字防磁抱箍、綁帶、槽盒加裝隔板，需提前準(zhǔn)備材料。第五，在消缺施工過程中，對平行敷設(shè)的2條光纖和電纜外皮需要加強保護。

2.2 故障排除采取的技術(shù)措施

根據(jù)存在的技術(shù)難點，提出以下技術(shù)措施。

a）施工過程中，一定嚴(yán)格按照設(shè)計要求，將每回35 kV線路3根單芯電纜每隔5 m采用鋁合金專用扎帶捆扎固定，保證每回電纜線路均成品字形排列。

b）將5回35 kV送出電纜間距增大，至少為電纜直徑的2倍及以上，減少互感影響。5回電纜采用兩回槽盒敷設(shè)，分別為600 mm×200 mm和800 mm×200 mm，其中800 mm寬槽盒敷設(shè)3回，采用品字形敷設(shè)，每回之間的距離約為150 mm；600 mm寬槽盒敷設(shè)2回，采用品字形敷設(shè)，每回之間的距離約為250 mm，因此增加1回300 mm寬槽盒，將800 mm寬槽盒的電纜由3回改為2回，間距為300 mm。

c）將5回送出線路統(tǒng)一進行整理，對過路處的電纜溝進行拓寬，按順序敷設(shè)，不得交叉，保證250 mm的間距，并將同一回路的3根電纜穿于1根管中，或者將同一回路的3根電纜保護管進行綁扎，施工中的電纜布置方式如圖1所示。

圖1 電纜布置方式（mm）

3 結(jié)論

通過對該起35 kV開關(guān)站送出線路故障問題的整改，得出以下結(jié)論：第一，在35 kV開關(guān)站多回送出線路的設(shè)計中，應(yīng)充分考慮送出線路的敷設(shè)方式，避免因電纜敷距離過近造成相間產(chǎn)生不平衡電流，引起零序保護動作。第二，35 kV開關(guān)站多回送出線路出現(xiàn)故障后，施工整改應(yīng)制定有效的整改方案，當(dāng)多回送出線路采取地埋加電纜槽盒方式時，要明確電纜名稱、相序，電纜布置要采用“品”字形，槽盒內(nèi)及槽盒間的多回線路間距經(jīng)計算后要合理布置，這樣可有效避免線路互感作用引起的相電流不平衡。