35kV變電站故障分析及處理對(duì)策

◎薛雷平

一、前言

新時(shí)期，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模增加，對(duì)電力能源的需求量增加，如何做好電力能源的穩(wěn)定供應(yīng)，預(yù)防電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障成為行業(yè)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。35kV變電站主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)中，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短路故障，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在此背景下，有關(guān)人員需要對(duì)變電站的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，并且做好故障預(yù)防與處理工作，以確保變電站運(yùn)行穩(wěn)定性，提高電力服務(wù)能力。

二、35kV變電站故障分析

1.電壓互感器故障

（1）電壓互感器的類(lèi)型與工作原理

在35kV變電所中使用的電壓互感器為三相式互感器，其工作原理與變壓器具有一致性?；ジ衅鞯幕窘Y(jié)構(gòu)為鐵芯、原繞組、副繞組。此外，互感器的容量較小，并且相對(duì)恒定，在實(shí)際運(yùn)行中接近空載，自身阻抗十分小。因此，當(dāng)三相互感器發(fā)生短路時(shí)，電流值會(huì)迅速增加，由此出現(xiàn)線圈燒毀的問(wèn)題。

電壓互感器能夠根據(jù)一定比例，對(duì)高電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)電壓值的轉(zhuǎn)化，能夠維護(hù)工作人員安全。二次回路屬于電壓互感器的高阻抗回路，其電流值與回路阻抗存在密切關(guān)系。因此，在具體使用環(huán)節(jié)，可將電壓互感器當(dāng)作變壓器。

（2）電壓互感器的常見(jiàn)故障分析

當(dāng)互感器在空載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象，鐵芯的飽和也會(huì)造成電感量發(fā)生較大變化。當(dāng)鐵芯的感抗與線路對(duì)地容抗高度接近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較為明顯的鐵芯諧振現(xiàn)象。通過(guò)以上分析，電路系統(tǒng)中的非線性電感原件發(fā)生變化時(shí)，尤其是產(chǎn)生母線接地、負(fù)載升高等問(wèn)題后，會(huì)造成電路的參數(shù)指標(biāo)異常變動(dòng)。加之，供電變壓器出現(xiàn)諧波，使得電壓互感器的故障發(fā)生率提升，出現(xiàn)繞組過(guò)熱、燒毀、爆炸等嚴(yán)重后果。針對(duì)小接地電流系統(tǒng)而言，也會(huì)發(fā)生電壓互感器熔斷的問(wèn)題。

變電站故障會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題，并且造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。鑒于此，有必要對(duì)變電站的故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類(lèi)，并且做好相關(guān)的預(yù)防和處理工作，采取較為科學(xué)的控制手段，使得35kV變電站能夠可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

2.直流接地故障

（1）故障分類(lèi)

針對(duì)35kV變電站而言，系統(tǒng)中的直流負(fù)荷較大，并且分布范圍十分廣，增加了故障發(fā)生率。此外，設(shè)備線路在長(zhǎng)期使用中，會(huì)受到環(huán)境與人為因素影響，無(wú)疑也會(huì)增加設(shè)備故障的發(fā)生率。目前，直流接地故障可具體分為正母線接地故障與負(fù)母線接地故障。而根據(jù)故障發(fā)生的點(diǎn)分類(lèi)，可將其分為一點(diǎn)故障與多點(diǎn)故障。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，也將其成為持續(xù)性接地故障。當(dāng)變電站出現(xiàn)接地故障后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，并且切斷相關(guān)電路，以保護(hù)設(shè)備。故障發(fā)生后會(huì)造成嚴(yán)重的影響，不利于電路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）故障產(chǎn)生的影響

直流接地故障的發(fā)生率較高，可在不同時(shí)間出現(xiàn)。當(dāng)電路中的某一點(diǎn)發(fā)生直流接地故障時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的影響較小，可以忽略不計(jì)。但是，當(dāng)多個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)直流接地故障時(shí)，會(huì)使得變電站服務(wù)穩(wěn)定性受到影響，增加整體的經(jīng)濟(jì)損失。接地故障倘若未能及時(shí)清除，會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，造成斷路器誤跳、熔斷器熔斷等嚴(yán)重問(wèn)題。值得注意的是，當(dāng)35kV變電站出現(xiàn)兩點(diǎn)直流接地故障時(shí)，也會(huì)造成智能電力設(shè)備和繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)問(wèn)題，促使相關(guān)設(shè)備失去電源，進(jìn)而出現(xiàn)大面積停電的事故，造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3.隔離開(kāi)關(guān)雷擊故障

變電站在夏季時(shí)容易遭受雷擊，使得隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。隔離開(kāi)關(guān)是用于隔離電源的主要裝置，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)能夠連通小電流電路。在隔離開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，可承載正?；芈窏l件下的電流值，同時(shí)對(duì)短路的異常作出反應(yīng)。一般情況下，可將其應(yīng)用在高電壓環(huán)境的隔離與控制中。隔離開(kāi)關(guān)的最大缺點(diǎn)是無(wú)滅弧能力，因此，在使用過(guò)程中，倘若未能對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，會(huì)增加雷擊風(fēng)險(xiǎn)，影響電路的隔離效果。上述問(wèn)題發(fā)生后，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，增加停電風(fēng)險(xiǎn)，并且在嚴(yán)重情況下，造成人員傷亡和不良社會(huì)影響。

二、相關(guān)故障發(fā)生原因說(shuō)明

1.電壓互感器故障原因

首先，考慮產(chǎn)品本身的質(zhì)量?；ジ衅鳟a(chǎn)品本身絕緣性能、鐵芯疊片與燒制工藝存在問(wèn)題后，會(huì)使得絕緣部分長(zhǎng)期在高溫狀態(tài)下工作，由此增加了相關(guān)構(gòu)件的老化速度，增加短路問(wèn)題發(fā)生率。此外，也考慮鐵芯飽和速度較快，導(dǎo)致諧振超過(guò)電壓，由此出現(xiàn)了高壓熔斷的問(wèn)題。其次，高壓互感器被擊穿。在鐵磁諧振的影響下，會(huì)使得電壓互感器電流值迅速增加，當(dāng)這一現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，造成設(shè)備在高負(fù)荷狀態(tài)下工作，相關(guān)電壓值與電流值較高，設(shè)備損壞概率較大。最后，是電壓互感器的二次負(fù)荷增加。此時(shí)，倘若電路系統(tǒng)中的一次電流、二次電流值較高，二次側(cè)的負(fù)載電流總和超過(guò)了額定值，內(nèi)部繞組會(huì)出現(xiàn)持續(xù)發(fā)熱的問(wèn)題。當(dāng)上述問(wèn)題未能得到及時(shí)解決時(shí)，會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的膨脹爆炸不良現(xiàn)象，影響變電站運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.直流接地故障的主要原因

首先考慮回路絕緣裝置失靈，例如，二次直流回路長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，設(shè)備潮濕，造成絕緣體失靈。其次是回路自身設(shè)計(jì)存在的缺陷。這一問(wèn)題主要考慮回路質(zhì)量不合格與設(shè)備受損。最后分析人為施工造成的短路故障。例如，設(shè)備檢修人員的操作不合理，存在違規(guī)操作與操作步驟不規(guī)范等諸多問(wèn)題。上述問(wèn)題出現(xiàn)后，會(huì)增加電路安全隱患，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.隔離開(kāi)關(guān)雷擊故障原因分析

雷擊造成隔離開(kāi)關(guān)故障主要分為兩個(gè)種類(lèi)，一是直擊雷風(fēng)險(xiǎn)；二是感應(yīng)雷風(fēng)險(xiǎn)。直擊雷會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重?fù)p壞，出現(xiàn)設(shè)備大面積受損的問(wèn)題。而感應(yīng)雷造成的損害較小。可具體將其分為靜電感應(yīng)雷與電磁感應(yīng)雷。其中靜電感應(yīng)雷主要是雷云對(duì)地面物體的影響，可匯聚大量與相反的束縛電荷，產(chǎn)生較為明顯的靜電效應(yīng)，增加設(shè)備雷擊風(fēng)險(xiǎn)，使得隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。電磁感應(yīng)造成的雷擊，主要考慮設(shè)備電磁影響，在電磁的相關(guān)作用下，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，不同磁場(chǎng)發(fā)生切割與碰撞后，會(huì)出現(xiàn)靜電，使得設(shè)備出現(xiàn)損壞，增加故障發(fā)生率。

三、解決35kV變電站故障的有效對(duì)策

1.加裝阻尼電阻，優(yōu)化運(yùn)行方式

為預(yù)防出現(xiàn)電壓互感器故障，有關(guān)人員在互感器上加裝了阻尼電阻，確保電阻被安裝在一次性中性點(diǎn)。上述方式應(yīng)用后，始終保證消諧器的使用效果，使得系統(tǒng)設(shè)備的諧振現(xiàn)象得到抑制。然而，需要特別指出的是，在單相接地的電路中，消諧器會(huì)出現(xiàn)多處電壓非線性下降的問(wèn)題，對(duì)接地電阻的要求較高。因此，相關(guān)人員需要做好接地保護(hù)工作，通過(guò)對(duì)阻尼電阻的合理應(yīng)用，滿足這一實(shí)際要求。

阻尼電阻增加后，相關(guān)人員也需要做好系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化工作，通過(guò)更新技術(shù)手段和管理系統(tǒng)，提升變電站對(duì)目標(biāo)線路的控制能力，減少故障發(fā)生。運(yùn)行操作人員需要對(duì)相關(guān)的業(yè)務(wù)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解諧振發(fā)生的條件，通過(guò)對(duì)電壓互感器線圈和相關(guān)設(shè)備的管理，提升故障識(shí)別能力。實(shí)際上，消除諧振的主要方式是將前后刀閘與互感器刀閘斷開(kāi)，并且做好優(yōu)化控制工作。當(dāng)諧振被成功消除后，有關(guān)人員也需要對(duì)互感器的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查，防止相關(guān)構(gòu)件出現(xiàn)安全隱患，增加故障發(fā)生率。相關(guān)檢查的項(xiàng)目包括互感器是否存在漏油問(wèn)題、直流電阻線圈是否存在故障。為確保檢查工作可靠性，相關(guān)人員也需要取合適容量的互感器油，對(duì)其進(jìn)行必要的色譜試驗(yàn)。

控制鐵磁諧振在故障治理中，為避免母線電壓互感器的鐵磁發(fā)生諧振，有關(guān)人員對(duì)設(shè)備的操作與維護(hù)方式進(jìn)行了升級(jí)，并且做好了設(shè)備的更換工作。例如，使用電容式電壓傳感器，對(duì)母線進(jìn)行擴(kuò)容，同時(shí)嚴(yán)格規(guī)范了電壓互感器的質(zhì)量，對(duì)相關(guān)的原件與構(gòu)件采購(gòu)進(jìn)行控制，使得設(shè)備的使用壽命獲得提升，降低設(shè)備故障發(fā)生率。通過(guò)采取鐵磁諧振控制措施，也使得電壓互感器的故障問(wèn)題被合理解決，為35kV變電站中相關(guān)設(shè)備的可靠運(yùn)行提供助力。

2.接地故障點(diǎn)定位與檢測(cè)

當(dāng)出現(xiàn)接地故障后，有關(guān)人員需要立即對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并采取快速有效的控制措施。在實(shí)際檢測(cè)中，首先考慮故障點(diǎn)是否發(fā)生在正極母線或負(fù)極母線上，并且對(duì)相關(guān)的位置進(jìn)行定位。其次，分析故障發(fā)生與環(huán)境因素之間關(guān)系，并構(gòu)建有效的分析模型。最后是選擇合適的檢測(cè)分析方法，以快速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的合理解決，由此提供穩(wěn)定可靠的電力服務(wù)。

（1）直流電橋的安裝與優(yōu)化

為確保對(duì)絕緣設(shè)備的及時(shí)監(jiān)控，有關(guān)人員使用了直流電橋。在電力系統(tǒng)中被經(jīng)常使用的電橋是平衡橋與雙不對(duì)稱(chēng)橋。使用平衡電橋的主要優(yōu)勢(shì)是快速便捷。通過(guò)對(duì)電橋平衡程度的檢測(cè)，便可發(fā)現(xiàn)是否存在接地故障，使得檢測(cè)時(shí)效性獲得顯著提升。然而該種技術(shù)方法也存在缺點(diǎn)，例如，只能對(duì)正極絕緣不平衡與負(fù)極絕緣不平衡進(jìn)行測(cè)試，不能對(duì)整個(gè)絕緣裝置進(jìn)行測(cè)試，因此該種技術(shù)的應(yīng)用范圍具有局限性。而雙不對(duì)稱(chēng)電橋檢測(cè)方法的應(yīng)用，則很好解決了這一問(wèn)題。雙不對(duì)稱(chēng)模式存在兩個(gè)不同的橋電阻，并且使用雙置開(kāi)關(guān)對(duì)橋電阻進(jìn)行了串聯(lián)。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，有關(guān)人員只需要對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉合，通過(guò)獲取電壓值和直流系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，便可了解絕緣情況。當(dāng)35kV變電站的直流系統(tǒng)支路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，則母線部分的對(duì)地電壓值會(huì)明顯降低，此時(shí)雙不對(duì)稱(chēng)電橋的正負(fù)絕緣值出現(xiàn)不均勻下降。通過(guò)對(duì)雙不對(duì)稱(chēng)電橋的應(yīng)用，可測(cè)試單級(jí)接地的問(wèn)題，使得絕緣故障點(diǎn)能夠被快速識(shí)別。

（2）使用低頻信號(hào)檢測(cè)法

上文提到，35kV變電站系統(tǒng)涉及的范圍十分廣泛，并且存在眾多回路，單純使用電橋法無(wú)法對(duì)接地故障類(lèi)型進(jìn)行全面分析，并且難以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)接電饋線，使得接地故障的電阻值計(jì)算難度增加。為準(zhǔn)確快速得到接地饋線與相關(guān)電阻值，在具體的檢測(cè)環(huán)節(jié)引入了低頻信號(hào)檢測(cè)法。當(dāng)系統(tǒng)中某饋線出現(xiàn)接地故障后，則低頻信號(hào)會(huì)通過(guò)故障饋線，利用相關(guān)檢測(cè)裝置對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行收集，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的定位，明確故障的具體類(lèi)型和程度。通過(guò)這一檢測(cè)方式，也能夠判斷出饋線接地的根數(shù)，并且獲得準(zhǔn)確的電阻值，為故障檢測(cè)與參數(shù)統(tǒng)計(jì)工作提供了可靠的參考。利用低頻信號(hào)檢測(cè)法，有關(guān)人員無(wú)需對(duì)線路進(jìn)行斷電處理，因此，增加了實(shí)際檢測(cè)效率，使得故障的檢修時(shí)間縮短。

（3）自動(dòng)隔離法的應(yīng)用

當(dāng)35kV變電站存在兩個(gè)直流電源時(shí)，有關(guān)人員可使用隔離法對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)，若系統(tǒng)存在接地故障，通過(guò)自動(dòng)隔離的方式，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)問(wèn)題的饋線進(jìn)行快速識(shí)別，同時(shí)，將出現(xiàn)問(wèn)題的電路系統(tǒng)切換到運(yùn)行正常的電路系統(tǒng)上，增加了電路系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與連續(xù)性。為確保上述工作合理，有關(guān)人員在對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行切換操作時(shí)，需要首先對(duì)接地點(diǎn)的位置進(jìn)行判斷，并且做好數(shù)據(jù)記錄工作。當(dāng)系統(tǒng)中多個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，利用該種方式可快速識(shí)別故障位置，增加了故障問(wèn)題解決效率。

3.隔離開(kāi)關(guān)的改進(jìn)措施分析

（1）設(shè)備升級(jí)改造

現(xiàn)階段，對(duì)隔離開(kāi)關(guān)產(chǎn)生較大影響的是雷擊，雷擊發(fā)生后，使得開(kāi)關(guān)構(gòu)件發(fā)生損壞，不能正常工作。目前，在35kV變電站中使用了接閃器與防雷接地極保護(hù)系統(tǒng)較為可靠。相關(guān)裝置重點(diǎn)防護(hù)的是感應(yīng)雷擊，使得接地電阻值降低，并且增加了對(duì)剩余電荷的釋放能力。為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的防雷擊性能，有必要對(duì)系統(tǒng)裝置進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)防雷擊裝置、抗電磁干擾裝置的使用，使得變電站的運(yùn)行能力獲得顯著提升?，F(xiàn)階段，在變電站的電子設(shè)備中，增加了鋼制柜體，以增加對(duì)電磁的屏蔽作用，使得設(shè)備使用更加安全可靠。

（2）使用泄放通道

在具體的改進(jìn)過(guò)程中，為增加對(duì)故障的解決能力，有關(guān)人員測(cè)試了保護(hù)接地電阻。在相關(guān)條件成熟的情況下，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，該段電路的平均接地電阻值為3.1Ω，滿足可靠運(yùn)行要求。在此背景下，對(duì)現(xiàn)有的改進(jìn)措施進(jìn)行了調(diào)整，一方面，在系統(tǒng)中補(bǔ)充了接地電極，增加系統(tǒng)整體的防雷效果；另一方面，在變電站相關(guān)位置安裝了40×4的鍍鋅扁鋼，并且將室內(nèi)盤(pán)柜外殼與扁鋼連接起來(lái)，使，由此構(gòu)建了雷擊電荷的泄放通道，增加了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

（3）增加保護(hù)接地極

在方案的落實(shí)階段，相關(guān)人員增加了2組保護(hù)地極，并且均安裝了防雷接地裝置。在具體的設(shè)計(jì)中，將地極深度設(shè)計(jì)為0.8m，接地極之間的距離保持在5m。將控制室與配電室的距離控制在200mm，并且在高處位置安裝了鍍鋅扁鋼，以達(dá)到預(yù)防雷擊的效果。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，將室外保護(hù)地極連接起來(lái)，形成一個(gè)全新的接地網(wǎng)絡(luò)。保護(hù)地極增加后，整個(gè)室外裝置的防雷擊性能得以提升，電力系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，滿足了安全管理要求。此外，相關(guān)改進(jìn)方案，也使得原有接地系統(tǒng)與新增裝置之間有效連接起來(lái)，增加了整體的防護(hù)能力。

實(shí)際上，35kV變電站的可靠運(yùn)行與保護(hù)電極之間存在密切聯(lián)系，通過(guò)對(duì)保護(hù)電極的應(yīng)用，能夠預(yù)防隔離開(kāi)關(guān)被雷擊中，使得變電站整體的服務(wù)能力得以提升。雷擊發(fā)生后，會(huì)造成對(duì)地絕緣裝置與斷口之間的距離縮短，絕緣裝置被擊穿，使得變電站相關(guān)裝置發(fā)生損害，由此帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為預(yù)防上述問(wèn)題發(fā)生，適當(dāng)增加接地保護(hù)裝置，做好相關(guān)設(shè)備的防雷擊測(cè)試十分必要。

接地是預(yù)防雷擊的可靠技術(shù)手段，無(wú)論是針對(duì)直擊雷而言，還是感應(yīng)雷擊，有關(guān)人員均需要將電荷通過(guò)接地裝置引入到地下。因此，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要重點(diǎn)明確雷擊對(duì)設(shè)備造成的影響，并且對(duì)相關(guān)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，通過(guò)技術(shù)分析后，了解故障發(fā)生的規(guī)律與頻次。同時(shí)，做好基于35kV變電站的全站失電故障原因分析，在此基礎(chǔ)上，制定針對(duì)性解決方案，使得故障發(fā)生率降到最低，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性，由此提供穩(wěn)定高效的供電服務(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分析了35kV變電站故障類(lèi)型，對(duì)電壓互感器故障、直流接地故障與隔離開(kāi)關(guān)的雷擊故障進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò)加裝阻尼電阻，優(yōu)化運(yùn)行方式、控制鐵磁諧振，使得互感器故障得以解決；采取直流電橋、使用低頻信號(hào)檢測(cè)法、自動(dòng)隔離法，有效解決了直流接地故障；通過(guò)做好設(shè)備升級(jí)改造、使用泄放通道，增加保護(hù)接地極的數(shù)量，使得隔離開(kāi)關(guān)雷擊現(xiàn)象得到避免。上述技術(shù)手段具有較強(qiáng)的參考價(jià)值，能夠?yàn)?5kV變電站的可靠運(yùn)行提供幫助。