35kV供電系統(tǒng)接地事故及防范措施分析

李錄濤

（大同煤礦集團(tuán)電業(yè)公司山西大同037003）

0 引言

同煤電網(wǎng)35 kV供電系統(tǒng)采用的是小電流接地方式，當(dāng)網(wǎng)內(nèi)發(fā)生單相接地事故后，相關(guān)保護(hù)自動(dòng)裝置不啟動(dòng)，允許系統(tǒng)帶接地故障運(yùn)行2小時(shí)，但因非接地相對地電壓升高倍，長時(shí)間運(yùn)行泄流增大、發(fā)熱損壞絕緣，最終發(fā)展成兩相或三相接地短路事故，造成設(shè)備燒毀、短時(shí)間無法恢復(fù)的大范圍停電。另外，接地事故類型很多，有金屬性接地、有非金屬性接地，因其改變了電網(wǎng)參數(shù)，由其引發(fā)的次生災(zāi)害不可預(yù)測，如因接地引發(fā)諧振過電壓造成設(shè)備絕緣擊穿損壞或因接地電弧引發(fā)相間短路燒毀設(shè)備等事故比比皆是。因此，快速判斷故障類型、及時(shí)切除故障點(diǎn)是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要措施。

1 事故案例與故障情況分析

1.1 事故案例

2012年夏季，35 kV燕臺(tái)線因雷擊造成線路某桿塔一串絕緣子絕緣擊穿，發(fā)生35 kV單相接地事故，因事故點(diǎn)較隱蔽，在尋找故障點(diǎn)、調(diào)度調(diào)整運(yùn)行方式的過程中，發(fā)生系統(tǒng)諧振，造成電網(wǎng)長時(shí)間電壓波動(dòng)不平衡，網(wǎng)內(nèi)7座35 kV變電站的14組35 kV電壓互感器因鐵磁諧振導(dǎo)致燒毀，最后用了4個(gè)多小時(shí)、10多座35 kV變電站運(yùn)行方式的調(diào)整才破壞了諧振點(diǎn)，恢復(fù)了電網(wǎng)正常運(yùn)行，教訓(xùn)慘痛。

1.2 故障情況分析

以上9座35 kV變電站建設(shè)于上世紀(jì)50～80年代，建站時(shí)期技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件有限，當(dāng)時(shí)的供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、容量較小，系統(tǒng)運(yùn)行、調(diào)度方式簡單，建設(shè)方更多考慮的是滿足功能需求，對電網(wǎng)后期發(fā)展及運(yùn)行的安全可靠性重視不足，在設(shè)計(jì)35 kV系統(tǒng)電壓檢測設(shè)施上選擇了最簡單、最經(jīng)濟(jì)的全絕緣V型接線電壓互感器，只滿足系統(tǒng)線電壓的監(jiān)測，沒有相電壓檢測和系統(tǒng)檢漏功能。時(shí)至今日，煤礦供電網(wǎng)絡(luò)無論從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、裝機(jī)容量、調(diào)度方式等多方面已發(fā)生巨大變化，尤其是近幾年供電設(shè)施的智能化改造升級，使原電壓檢測設(shè)施功能不足的缺陷暴露出來，存在的問題：

（1）35 kV網(wǎng)內(nèi)中性點(diǎn)采用落后的固定式過補(bǔ)償經(jīng)消弧線圈接地方式，不能及時(shí)監(jiān)測、調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)。

（2）網(wǎng)內(nèi)部分變電站35 kV系統(tǒng)不具備接地檢漏功能，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)接地事故后沒有報(bào)警提醒，值班人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、匯報(bào)及采取相應(yīng)措施。站內(nèi)微機(jī)保護(hù)配置的消諧功能用不上，當(dāng)調(diào)度調(diào)整運(yùn)行方式時(shí)，值班人員對系統(tǒng)狀況不清楚，存在操作隱患。如本站PT一次絕緣損壞發(fā)生接地，操作人員在沒有告警提示的情況下操作PT手車或隔離開關(guān)，會(huì)發(fā)生接地電弧無法熄滅引起相間短路的事故，這是《安全規(guī)程》命令禁止的。

因此系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單相接地事故后，利用檢漏裝置和綜合自動(dòng)化保護(hù)配合，判斷出接地類型、接地故障點(diǎn)，然后由調(diào)度調(diào)整運(yùn)行方式，將故障點(diǎn)從電網(wǎng)內(nèi)切除，既不會(huì)造成停電事故，又有效的保護(hù)了供電設(shè)備。

2 技術(shù)改造的方法和防范措施

我們對以上不具備接地檢漏功能的7座變電站變電站進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)改造，更新其電壓檢測設(shè)施，并根據(jù)各站不同自動(dòng)化裝置完成二次接線和功能聯(lián)調(diào)。

（1）35 kV電壓互感器接線方式的改造

在對7座變電站改造項(xiàng)目實(shí)施過程中，參照國內(nèi)外的技術(shù)成果，將兩只單相電壓互感器的V-V接線改造為三只一次繞組的Y型接線，每只電壓互感器有三個(gè)二次繞組，一個(gè)測量繞組接成Y型，用于系統(tǒng)電壓、功率等模擬量的實(shí)時(shí)監(jiān)測和配合有關(guān)自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能；一個(gè)計(jì)量繞組接成Y型，用于電子式多功能表計(jì)計(jì)量；一個(gè)附加繞組接成開口三角型，這種接線方式不僅可以測量線電壓也可以測量相電壓，為保護(hù)裝置提供系統(tǒng)電壓變化情況，與不同類型保護(hù)配合實(shí)現(xiàn)不同功能，例如過壓、欠壓、復(fù)合電壓、零序電壓等保護(hù)。還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地檢漏功能，當(dāng)變電站發(fā)生某一相對地絕緣下降或接通時(shí)，站內(nèi)檢漏裝置和綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置快速啟動(dòng)，發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示系統(tǒng)參數(shù)，為值班員判斷接地類型、故障范圍提供技術(shù)依據(jù)。

（2）35 kV電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)位置安裝一次消諧器

三只互感器高壓側(cè)尾端（一次中性點(diǎn)）對地串聯(lián)接入一次消諧器，對一次系統(tǒng)低頻率諧振有過濾作用，同時(shí)可有效避免因鐵磁諧振燒毀電壓互感器，一次消諧器對確保電網(wǎng)安全運(yùn)行、穩(wěn)定電壓質(zhì)量有很大幫助。

（3）35 kV電壓互感器開口三角繞組上安裝二次消諧裝置

二次消諧裝置通過對PT開口三角電壓的采集，對電網(wǎng)諧振時(shí)的各種頻率成份能快速分析，準(zhǔn)確地辨別出單相接地、過渡過程、電網(wǎng)諧振。如果是諧振，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使消諧電路投入，實(shí)現(xiàn)快速消諧，較完善地解決了電力系統(tǒng)中電網(wǎng)的消諧問題。

（4）35 kV電壓互感器絕緣介質(zhì)的選擇

電壓互感器的絕緣介質(zhì)采用環(huán)氧樹脂半澆注式，環(huán)氧樹脂不僅是一種難燃、阻燃的材料，且具有優(yōu)越的電氣性能，澆注式電壓互感器具有絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、防潮、防火等優(yōu)點(diǎn)，是比較理想的互感器絕緣成型材料。

（5）消弧線圈接地方式的改造

將固定式過補(bǔ)償經(jīng)消弧線圈接地方式改造為調(diào)諧式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈的小電流接地方式，能夠自動(dòng)補(bǔ)償單相接地電容電流，抑制鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生。

3 應(yīng)用情況

經(jīng)過充分技術(shù)論證和前期準(zhǔn)備后，該項(xiàng)目在南羊路、挖金灣等7座35 kV變電站建設(shè)實(shí)施，在隨后多年時(shí)間的運(yùn)行觀察中，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)要求，改造達(dá)到了預(yù)期效果，同時(shí)也為今后煤礦電網(wǎng)相關(guān)建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

此項(xiàng)目改造的電壓檢測設(shè)施不但具備可靠的系統(tǒng)接地檢漏功能，而且可以向綜自系統(tǒng)提供精確的系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)，完全可以滿足變電站綜合自動(dòng)化關(guān)于繼電保護(hù)、計(jì)量、監(jiān)測的技術(shù)要求；新電壓檢測設(shè)施在中性點(diǎn)串入了新式消諧器，在對電壓互感器提供有效保護(hù)的同時(shí)，還對一次系統(tǒng)內(nèi)存在的低頻率諧振有過濾作用；項(xiàng)目實(shí)施中，在消諧電阻側(cè)預(yù)留位置，后期可加裝二次消諧裝置，利用其自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)的功能，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)投切電感，更好的完成消除系統(tǒng)諧振、快速判斷接地事故類型作用。

4 優(yōu)點(diǎn)對比與經(jīng)濟(jì)效益

4.1 優(yōu)點(diǎn)對比

（1）功能

舊設(shè)施：只能進(jìn)行系統(tǒng)線電壓的指示、監(jiān)控，不具備任何檢漏等保護(hù)功能；

新設(shè)施：能進(jìn)行目前智能化建設(shè)所要求的全部電壓參數(shù)的指示、監(jiān)控，包括線電壓、相電壓、零序電壓、負(fù)序電壓等，同時(shí)具備系統(tǒng)檢漏、消諧等保護(hù)功能；

（2）維護(hù)

舊設(shè)施：由充油式電壓互感器組成，每年試驗(yàn)、補(bǔ)油、滲漏處理等維護(hù)工作量較大。多年前國家已有加快供電設(shè)備無油化改造的規(guī)定。

新設(shè)施：由環(huán)氧樹脂式電壓互感器組成，無油，對環(huán)境無污染，無爆炸危險(xiǎn)、電壽命長等，是目前國內(nèi)同電壓等級主流配置。

（3）施工

新舊設(shè)施占地面積基本相同，改造不需要土建施工。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）從維護(hù)角度看，每年可減少35 kV電壓互感器油的過濾、補(bǔ)油170 L，不計(jì)人工節(jié)省2 000余元。

（2）舊式電壓互感器自身沒有防護(hù)功能，系統(tǒng)內(nèi)每年都有因接地諧振損壞互感器的事故發(fā)生，中性點(diǎn)消諧電阻的應(yīng)用，有效的增強(qiáng)了自身防護(hù)能力，每年節(jié)省設(shè)備更換費(fèi)至少15 000元。

5 總體性能指標(biāo)

新型電壓檢測設(shè)施的改造應(yīng)用，使以往發(fā)生接地事故后大范圍調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式和處理事故大面積、長時(shí)間停電的現(xiàn)象大大減少，變電站值班人員也能隨時(shí)掌握站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況，站內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性極大增強(qiáng)。改造后的電壓檢測設(shè)施，性能指標(biāo)達(dá)到國家電網(wǎng)同電壓等級先進(jìn)水平，完全滿足煤礦電網(wǎng)安全供電的要求。

6 結(jié)束語

南羊路、挖金灣等7座35 kV變電站電壓檢測設(shè)施的改造成功，標(biāo)志著煤礦電網(wǎng)智能化改造又前進(jìn)了一步，改造后的設(shè)備至今運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的異常問題。

此項(xiàng)目屬在同煤電網(wǎng)中首次應(yīng)用。通過運(yùn)行使用和不斷完善將為煤礦電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、消除潛在安全隱患積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，為現(xiàn)有和改擴(kuò)建變電站中類似設(shè)施的設(shè)計(jì)、改造提供有力的技術(shù)支持。