站用400 V交流系統(tǒng)饋線狀態(tài)量研究

王鳳祥

摘 要：站用400 V交流系統(tǒng)作為變電站低壓設(shè)備工作電源，是變電站運(yùn)行的根本;電流從站用變輸出后經(jīng)，由專用站用變交流饋線屏實(shí)現(xiàn)全站低壓負(fù)荷電源分接;交流饋線屏有母排、斷路器和接線端子，缺少狀態(tài)監(jiān)測(cè)。文章分析交流饋線屏饋線支路物理狀態(tài)量，總結(jié)交流系統(tǒng)絕緣故障，分析各狀態(tài)量與絕緣故障關(guān)系，總結(jié)交流饋線狀態(tài)量在交流系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：站用交流系統(tǒng);交流饋線屏;饋線狀態(tài)量

1? ? 站用400 V交流饋線屏簡(jiǎn)介

站用400 V交流系統(tǒng)作為變電站低壓設(shè)備工作電源，主要負(fù)荷有：直流系統(tǒng)用交流電源、交流操作電源、主變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)用交流電源、UPS逆變電源用交流電源、主變有載調(diào)壓裝置用交流電源、照明用交流電源以及生活電源等。站用400 V交流系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常是由兩臺(tái)站用變輸出，由母聯(lián)刀閘互投，站用變輸出后設(shè)計(jì)饋線屏，饋線屏分接到各負(fù)荷[1-3]。

饋線屏即出線柜，主要功能是為外部設(shè)備分配、提供電源。站用交流饋線屏有必要的表計(jì)顯示、母線、饋出開關(guān)、狀態(tài)指示燈、接線端子等。交流饋線屏由饋線屏和母聯(lián)屏組成，通常分一段、二段。

2? ? 站用400 V交流饋線狀態(tài)量

電路中的物理量，如電流（電壓、電動(dòng)勢(shì)）的大小隨時(shí)間按一定規(guī)律作周期性變化且在一個(gè)周期內(nèi)平均值為零時(shí)，稱為交流電。工程上應(yīng)用的交流電，一般是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，稱為正弦交流電，簡(jiǎn)稱交流電。交流系統(tǒng)通常用字母“ac”或“AC”表示。

如圖1所示，交流系統(tǒng)基本物理量有電壓U、電流I、周期T、角頻率ω和初相位φ，站用400 V交流系統(tǒng)周期、相位角和初相位一致性高。主要分析站用400 V交流系統(tǒng)的電壓U和電流I。

站用400 V交流饋線狀態(tài)量有輸出電壓U、饋線支路電流I、故障狀態(tài)漏電流ΔI，通過這些變化量可有效分析負(fù)荷功率、絕緣狀態(tài)等。

3? ? 交流饋線屏狀態(tài)量與交流絕緣故障分析

3.1? 交流系統(tǒng)絕緣故障

如圖2所示，站用交流系統(tǒng)負(fù)荷分為三相平衡負(fù)荷、三相不平衡負(fù)荷和三相負(fù)荷3種類型。三相平衡負(fù)荷電源接三相火線La，Lb和Lc，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線有電流，地線無電流;三相不平衡負(fù)荷電源接三相火線La，Lb，Lc和零線，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線和零線有電流，地線無電流;單相負(fù)荷電源接火線（La或Lb或Lc）和零線，外殼接地線，負(fù)荷工作時(shí)火線和零線有電流，地線無電流;所以站用交流系統(tǒng)線路火線和零線有電流，地線無電流。

站用400 V交流系統(tǒng)絕緣故障主要有以下幾種：? ? ? ?（1）相—相絕緣故障?；鹁€與火線之間出現(xiàn)絕緣故障。電阻與負(fù)荷屬于并聯(lián)關(guān)系，打破原負(fù)荷的平衡度，導(dǎo)致的結(jié)果是火線電流增加、零線電流增加或減小。（2）相—N絕緣故障?；鹁€與零線之間出現(xiàn)絕緣故障，相當(dāng)于增加一個(gè)單相負(fù)載，絕緣相線與零線出現(xiàn)電流增加。（3）相—地絕緣故障?；鹁€與地線之間出現(xiàn)絕緣故障，由于站用變中性線可靠接地，相當(dāng)于增加一個(gè)單相負(fù)載，絕緣相線與地線出現(xiàn)電流增加。（4）N—地絕緣故障。N線是站用變中性線引出，同時(shí)在變壓器端可靠接地，N線絕緣故障點(diǎn)與可靠接地點(diǎn)屬于并聯(lián)關(guān)系，屬于多點(diǎn)接地。站用400 V交流系統(tǒng)屬電源系統(tǒng)，不用作為保護(hù)計(jì)量，允許多點(diǎn)接地。

3.2? 站用400 V交流系統(tǒng)絕緣故障發(fā)生原因

站用400 V交流系統(tǒng)絕緣故障發(fā)生的原因可能由電纜發(fā)生絕緣故障或者電氣設(shè)備發(fā)生絕緣故障導(dǎo)致。

電纜發(fā)生絕緣故障原因有以下3點(diǎn)：（1）電纜絕緣長(zhǎng)期在電和熱的作用下運(yùn)行，其物理性能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其絕緣強(qiáng)度降低或介質(zhì)損耗增大而終引起絕緣崩潰老化出現(xiàn)故障。（2）電纜絕緣內(nèi)部氣隙產(chǎn)生的電游離會(huì)造成局部過熱，使絕緣材料碳化，引起絕緣強(qiáng)度下降。電纜過負(fù)荷是電纜過熱的重要因素。安裝于電纜密集區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、電纜路徑與熱力管道并行或交叉且無有效隔熱措施等都會(huì)使電纜過熱而加速絕緣層損壞。? ? ? ? （3）電纜的絕緣老化，主要出現(xiàn)在投入運(yùn)行的后期，一般發(fā)生在運(yùn)行15年及以上電纜線路，導(dǎo)致電纜故障率大幅上升。絕緣老化主要分為樹枝狀老化、電熱老化及絕緣材料老化。電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降，當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí)，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝鼓等化學(xué)物質(zhì)，腐蝕絕緣層，同時(shí)絕緣中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生分解，造成絕緣強(qiáng)度下降。

電氣設(shè)備絕緣故障原因有以下幾種可能：由擊穿引起的絕緣失效和老化引起的絕緣失效。擊穿引起的絕緣失效有：氣體的擊穿、液體電介質(zhì)的擊穿、固體電介質(zhì)的擊穿;老化引起的絕緣失效有：熱老化、電氣老化、機(jī)械老化。

3.3? 交流狀態(tài)量與絕緣故障關(guān)系分析

站用400 V交流系統(tǒng)是接地系統(tǒng)，發(fā)生相—相絕緣故障、相—N絕緣故障、相—地絕緣故障時(shí)，均給站用變?cè)黾迂?fù)荷。電壓源增加負(fù)荷表象為線路電流增加、電源電壓下降;各饋線支路均有斷路器作為短路保護(hù)、電流過大會(huì)發(fā)生跳閘保護(hù)，站用變功率預(yù)留容量大，所以發(fā)生絕緣故障導(dǎo)致電源電壓長(zhǎng)時(shí)間突變下降可能性不大;重點(diǎn)分析電流與絕緣故障關(guān)系。

三相電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)啟動(dòng)電流是電機(jī)額定電流的5～7倍，如果電機(jī)質(zhì)量不好，甚至有到10倍的;所以依據(jù)線路電流突變判斷絕緣故障不夠理想。

站用變交流饋線線路由三相四線制、三相三線制、單相雙線制，相—相絕緣故障和相—N絕緣故障監(jiān)測(cè)饋線泄漏電流為零，只有相—地絕緣故障線路有漏電流存在。

發(fā)生相—相絕緣故障、相—N絕緣故障、相—地絕緣故障時(shí)，是給站用變?cè)黾迂?fù)荷;當(dāng)出現(xiàn)高阻絕緣故障時(shí)，增加負(fù)荷電流小，不好測(cè)量區(qū)分，高阻絕緣威脅也極小;當(dāng)出現(xiàn)低阻絕緣故障時(shí)，增加負(fù)荷電流大，好測(cè)量區(qū)分，為和瞬時(shí)突變負(fù)載區(qū)別，突增電流持續(xù)時(shí)間作為參考判斷故障情況即可。

相—地絕緣故障線路有漏電流存在，通過檢測(cè)線路漏電流情況，判斷相—地絕緣故障。

綜上所述，依據(jù)線路漏電流可以計(jì)算相線對(duì)地絕緣故障，其他絕緣故障需要通過相電流變化與持續(xù)時(shí)間雙重因素判斷，避開設(shè)備啟動(dòng)瞬時(shí)電流突變干擾。

4? ? 結(jié)語

本文解析站用400 V交流系統(tǒng)構(gòu)成、交流系統(tǒng)主要物理量情況，分析交流系統(tǒng)絕緣故障類型與原因，總結(jié)各種絕緣故障與主要物理量關(guān)系;為交流絕緣故障監(jiān)測(cè)提供參考方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司.Q/CSG變電站站用交流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[EB/OL].（2020-01-06）[2021-08-15].https：//wenku.baidu.com/view/159ec3ff842458fb770bf78a6529647d272834aa.html.

[2]李林川.電力系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2019.

[3]曾令琴，王磊.供配電技術(shù)[M].3版.北京：人民郵電出版社，2018.

（編輯 王永超）

Research on feeder state quantity of station 400 V AC system

Wang Fengxiang

（Longtan Hydropower Development Co.， Ltd.， Hechi 547300， China）

Abstract：As the working power supply of low-voltage equipment in substation， 400 V AC system in substation is the basis of substation operation. After the output of substation transformer， there is a dedicated substation transformer AC feeder panel to realize the low-voltage load power distribution of the whole station. There are bus bars， circuit breakers and terminals in the AC feeder panel， which is lack of condition monitoring. This paper analyzes the physical state quantity of feeder branch of AC feeder panel， summarizes the insulation fault of AC system， analyzes the relationship between each state quantity and insulation fault， and summarizes the application of AC feeder state quantity in AC system.

Key words：station AC system; AC feeder panel; feeder state quantity