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35kV供配電系統出現三相同時過流的故障分析與處理

來源：太平洋電線電纜發布日期： 2020.10.13 瀏覽次數：

信息摘要：

本文以位于成都地區的35kV變電站故障為例，分析35kV供配電系統出現三相同時過流的處理方式，為今后的工作提供幫助。

本文所述的35kV變電站,所處成都地區,屬亞熱帶濕潤性季風氣候,春季氣溫回暖早但不穩定,夏季炎熱暴雨多,秋季降溫快多綿雨,冬季干燥多云霧。該變電站服務一級供電保障單位,由兩條自有的35kV專用供電線路接入,正常運行時,站內由兩套獨立的配電系統作主備用分別供電,故障或檢修時可以由35kV母線或10kV母線連接供電。整個供電系統是一座數字化的兩級變壓變電站,功能復雜、設計容量大,總供電容量達4100kVA。

此次故障的35kV供配電系統為備用的35kV紅虎臺支線,此線從35kV紅虎線8號桿“T”形接出一條支線。35kV變電站微機綜合自動化系統彈出2#主變后備保護復壓動作告警;同時,根據供電公司反饋,該35kV線路出現了三相同時過流的情況,無法判斷什么原因造成,必須拉閘保護并進行檢查。

1 35kV供配電系統概述

1.1一次線路及設備

35kV紅虎臺支供電外線起于XX變電站35kV間隔出線,止于35kV變電站進線間隔。主要分為兩段:一段于35kV紅虎線8號桿處“T”接延經廠區內電纜敷設到35kV紅虎臺支線2號桿,使用YJV22-26/35-3×150的三芯電纜,共950米,中間有一個由于廠區施工挖斷后對接的對接頭;另一段即35kV紅虎臺支線2號桿經架空線路至51號終端桿進入35kV變電站進線間隔,約10千米架空線,導線采用LGJ-150/20鋼芯鋁絞線,地線采用GJ-35,并逐基良好接地。線路穿越區域經濟較為發達,線路走廊絕大部分涉及當地經濟苗圃。

站內主要有35kV變電站進線間隔到35kV高壓開關室高壓開關柜的一段三根65米的YJV22-26/35-1×185單芯電纜、35kV高壓開關柜到35kV/10kV戶外式有載調壓電力變壓器的一段三根20米YJV22-26/35-1×185單芯電纜、35kV高壓開關柜到站用變的一段15米YJV22-26/35-3×120三芯電纜以及高壓開關柜進線電流互感器等線路及35kV高壓設備系統。

1.2二次保護及監控裝置

主要涉及二次控制系統、微機綜合自動化系統等。其中WBH-822微機保護裝置具有后備與本體保護能力,可以在兩段高壓側過流、兩段低壓側過流、一段低壓側過流反時限、高壓側負序過流、低壓側負序過流、復壓開出等產生動作。具有遙測、遙信、遙脈、遙控及故障錄波功能。系統示意圖如圖1所示:

圖1系統

圖1 系統示意圖

2故障信息及故障點排查處理

2.1系統故障信息

值班員在值守期間,發現35kV變電站微機綜合自動化系統突然出現“2#主變后備保護WBH-822(01.04)復壓動作告警”的報警信息,監控系統顯示該線路35kV母線和10kV母線出現失壓的情況。告警截圖如圖2所示:

圖2 2#主變后備保護復壓動作告警截圖

同時,接到供電公司電話,表示其系統監控顯示紅虎線二段出現三相同時過流的情況,監控電流達到51A左右,而該變電站的互感器變比為300∶5,即意味著實際電流在3000A以上。

2.2系統故障點分析排查及處理

由于實時報警顯示的信息會根據信息類別不同顯示不同顏色,而此信息為紅色,可以直接判斷該信息非常重要,涉及一次設備問題。而供電公司監控數據更清楚說明,該線路出現了嚴重故障,必須拉閘停電,進行檢查和測試。

該線路屬于中性點直接接地系統,產生過流的原因可能是發生了線間短路或者是出現了線路接地的情況。根據35kV變電站以往運行故障情況及查詢各類供電系統故障資料,出現單相過流的情況比較多,但三相同時過流的情況就相當少見。

根據整個輸變電系統情況進行分析,可以把故障檢測排查分四段進行:段即位于廠區內的950米三芯電纜,段為10千米的架空鋼芯鋁絞線,第三段為變電站內35kV高壓進線開關柜前后的電纜線路,第四段為35kV高壓開關室內設備。

故障發生后,值班人員隨即巡視了整個系統。段位于廠區內且全部在地下管網內,難以肉眼發現故障,經巡視沿線未發現施工等行為,管網未遭到破壞,中間接頭處也未發現明顯燒灼及燒焦氣味;段架空鋼芯鋁絞線,經巡視沿線并無斷線掉落接地或其他引起短路等情況;第三段變電站內,技術人員打開緊湊的35kV高壓開關室二段的背板巡視檢查線路,發現35kV變電站進線間隔到35kV高壓開關室高壓進線開關柜的三根單芯電纜,35kV高壓進線開關柜到35kV/10kV戶外式有載調壓電力變壓器的三根單芯電纜,35kV高壓進線開關柜到站用變的一根三芯電纜的電纜和各電纜頭完好,未出現接地或擊穿現象;第四段即檢查檢測35kV高壓開關室內設備,發現高壓開關柜進線的三組電流互感器表面及周圍均有燒灼產生的黑灰和少許白色異物,懷疑三組電流互感器同時擊穿放電,但該情況少見,并不能確定就是該處故障或該處就是唯一故障。電流互感器現場照片如圖3所示:

圖3 巡視時發現的電流互感器狀態照片

為準確發現并確定所有故障點,必須對線路及設備進行儀器檢測。本次檢測使用ZC-7型絕緣電阻表5000V/5000MΩ和ZGF-60kV/5mA直流高壓發生器。ZC-7型絕緣電阻表5000V/5000MΩ用于測量各種變配電所、電纜、變壓器等絕緣電阻,測量設備和線路絕緣是否有損壞或短路現象。ZGF-60kV/5mA直流高壓試驗器是采用中頻倍壓電路,應用新的PWM中頻脈寬調制技術,閉環調整,電壓大反饋。主要適用于電力部門、廠礦企業動力部門、科研單位等對氧化鋅避雷器、電力電纜、變壓器、開關等高壓電氣設備進行直流耐壓試驗或直流泄露電流試驗。測試數據如表1、2、3、4、5所示:

表1 35kV高壓進線開關柜到站用變的三芯電纜絕緣測試結果

測試對象	測試數據	測試對象	測試數據
A相與B相	＞5000MΩ	A相與大地	＞5000MΩ
B相與C相	＞5000MΩ	B相與大地	＞5000MΩ
C相與A相	＞5000MΩ	C相與大地	＞5000 MΩ

表2 35kV高壓進線開關柜到站用變的三芯電纜耐壓測試結果

測試對象	測試電壓等級/kV	耐壓時間/min	泄露電流量/mA
A相、B相、C相	35	1	0.43
A相、B相、C相	42	1	0.83

表3 35kV變電站進線間隔到高壓開關柜的三根單芯電纜絕緣測試結果

測試對象	測試數據	測試對象	測試數據
A相與B相	＞5000MΩ	A相與大地	＞5 000MΩ
B相與C相	＞5000MΩ	B相與大地	＞5000MΩ
C相與A相	＞5000MΩ	C相與大地	＞5000 MΩ

表4 35kV變電站進線間隔到高壓開關柜的三根單芯電纜耐壓測試結果

測試對象	測試電壓等級/kV	耐壓時間/min	泄露電流量/mA
A相、B相、C相	35	1	0.02
A相、B相、C相	42	1	0.03

表5 高壓開關柜進線電流互感器絕緣電阻

測試對象	測試數據
A相與大地	0MΩ
B相與大地	6MΩ
C相與大地	5 MΩ

根據以上測試數據可以判定35kV高壓開關柜到站用變的電纜和35kV變電站進線間隔到35kV高壓開關柜的電纜,檢測值均符合要求,無異常。35kV高壓開關柜進線的三組電流互感器的絕緣電阻極低,不能使用。

另外,在35kV變電站進線間隔處使用ZGF-60kV/5mA直流高壓試驗器對外線路進行測量時也出現異常,在加壓到1000V時即出現泄流嚴重的情況,考慮是由絕緣子或氧化鋅避雷器擊穿放電。

為確定故障點又將紅虎線8號桿的T接點及2號桿的電纜與架空線分開,對紅虎線8號桿到35kV紅虎臺支線2#桿的電纜以及2#桿到35kV變電站進線間隔的線路分別進行了測量,電纜和線路檢測值均符合要求,可排除外線故障。測量數據如表6、7所示:

表6 35kV紅虎線8號桿至35kV紅虎臺支線2號桿的三芯電纜絕緣測試結果

測試對象	測試數據	測試對象	測試數據
A相與B相	＞5000MΩ	A相與大地	＞5000MΩ
B相與C相	＞5 000MΩ	B相與大地	＞5000MΩ
C相與A相	＞5000MΩ	C相與大地	＞5000 MΩ

表7 35kV紅虎臺支線2號桿至51號終端桿的架空線耐壓測試結果

測試電壓等級	A相	B相	C相
35kV	0.135mA	0.140mA	0.131mA
45kV	0.255mA	0.256mA	0.248mA
50kV	0.360mA	0.358 mA	0.328 mA

現可確定故障點僅有高壓開關柜進線電流互感器。該電流互感器型號為ZZBJ9-35型,電流互感器為環氧樹脂澆注全封閉產品,適用于額定頻率50Hz或60Hz、額定電壓35kV及以下的電力系統中,作電能計量、電流測量和繼電保護用。全封閉式柱式結構,耐污染及潮濕,尺寸小,重量輕,適用于任何位置、任意方向安裝。符合IECl85及GBl208-2006《電流互感器》標準。

采購更換3組高壓開關柜進線的電流互感器及損壞的絕緣隔板等附件,并對高壓開關柜內器件進行除污清潔等后通電運行正常,故障排除。

3故障原因

此次出現三組電流互感器同時擊穿,引起線路同時三相過流的情況,相當少見。雖意外,但也不是沒有先兆。

本35kV變電站位于四川盆地,根據成都市氣象臺(站)的歷年氣象資料,其主要的氣象數據如表8所示:

表8 成都市氣象臺(站)的氣象數據

項目	參數值	項目	參數值
平均氣溫/℃	15.9	大積雪深度/cm	9.0
氣溫/℃	-5.4	積雪日	0.3
氣溫/℃	38.1	年平均降雨日數	125.0
年平均相對濕度/%	82.0	平均霧日	42.4
年大相對濕度/%	90.0	多霧日	101
年小相對濕度/%	77.0	平均雷暴日	26.2
年平均降水量/mm	1012.4	多雷暴日	42
日大降水量/mm	178.3	平均降霜日	20.6
年均蒸發量/mm	1139	多降霜日	25.0

從表8可以看出,本地氣候溫和,雨量充沛,降雨主要集中在夏、秋季,冬天降雨很少,但空氣潮濕多霧,每次霧持續時間長且含水量較大。電流互感器又位于2008年汶川大地震后搶建的臨時板房建筑內,距今箱體變電站運行已有10年多。根據系統以往故障情況總結,由于箱體房空間狹窄,通風通氣性差,造成濕氣聚集無法消散,且無檢修空間,對于設備運行情況的變化也無法及時發現,雖有空調、除濕器等除濕設備,但因本地氣候濕潤,及房屋結構限制,效果并不佳,柜內潮氣濕度一直較高,長期存在凝露現象。此高壓開關柜進線電流互感器也運行了數年,絕緣性能降低,加上潮氣和凝露,終造成三組電流互感器均發生高壓擊穿故障。

為徹底解決設備環境潮濕、設備巡視檢修困難的問題,現正在加緊改造整個變電站的建筑,建設長41米、寬21.5米,高7.5/10.5米,建筑體積約119258立方米框架式設備房,并按現有的設備布局而分設有1#主變壓器室、2#主變壓器室、二次設備室、35kV配電室、10kV配電室、10kV變壓器室、設備房間等,設備用房建成后將拆除現有的窄小的設備用活動板房,拆除原地板,使變電站設備間空間加大,便于通風散氣,減少設備的潮濕度,高壓設備的運行環境,有效解決影響高壓設備安全運行的潮濕及通風不好的問題,擴大運行維護空間,降低系統設備運行風險。（EDN）

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