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10kV開關(guān)柜接地故障分析與對策
郎進(jìn)平 (山西太鋼嵐縣礦業(yè)公司，山西 呂梁 033500)
摘要：針對一起10kV開關(guān)柜接地故障擴(kuò)大引發(fā)的大面積停電事故，分析了 10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)對地電容電流的危害 ，介紹了消弧線圈原理及選擇 。
關(guān)鍵詞：開關(guān)柜 ；電容電流；接地故障
1 故障經(jīng)過及原因分析 某110kV智能化無人值守浮選站的1臺31500kVA主 變帶110kV兩段母線運(yùn)行，由集控站進(jìn)行集中監(jiān)控 、操 作。2014年10月8日9時(shí)14分，集控站事故報(bào)警、煙霧報(bào)警裝置報(bào)警，監(jiān)控后臺顯示浮選站8226 #2站變出線柜 過流I段動(dòng)作跳閘，浮選站#2主變8202過流I段動(dòng)作跳 閘，110kV兩段母線失電。在浮選站現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，10kV高壓室濃煙滾滾，無法進(jìn)人。迅速開窗、開排風(fēng)扇驅(qū)散煙霧后進(jìn)人高壓室檢查發(fā)現(xiàn)，#2站變出線柜電纜室炸裂燒損。通過分析后臺保護(hù)波形及保護(hù)動(dòng)作情況可知，此次故障的直接原因?yàn)?span>#2站變出線柜的電纜室內(nèi)過電壓保護(hù)器質(zhì)量問題引起B相單相接地。但弧光沒有及時(shí)熄滅，引發(fā)相間弧光短路，最終擴(kuò)大到母線相間短路，造成站變斷路器與主變二次側(cè)斷路器跳閘，從而引發(fā)大面積停電。
2 10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行對地電容電流分析 該110kV智能化無人值守浮選站的110kV系統(tǒng)運(yùn)行方 式為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行 ，共有10kV電纜出線18回 ，其中10回出線為雙回路 ，初期設(shè)計(jì)互為備用 ，實(shí)際出線為13回，系統(tǒng)對地電容電流設(shè)計(jì)為11.03A 。站所自投用后 ，根據(jù)生產(chǎn)的需求，單回路出線不能滿足需求 ，需雙回路供電，于是增加發(fā)電線路 ，實(shí)際出線變?yōu)?span>19回 。事故后經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)對電容電流為36.01A 。
DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中明確要求 ，對于3?10kV主要由電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)接地故障電流大于30A時(shí) ，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線 圈。但在實(shí)際工作中 ，系統(tǒng)電容電流大于20A時(shí)就需裝設(shè)
消弧線圈 。由此可知，導(dǎo)致本次事故的原因是隨著電纜的 逐步增多，系統(tǒng)對地電容電流發(fā)生了顯著的增加，10kV 系統(tǒng)對地電容電流從11.03A增加到36.01A，已超過了標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定的安全值，導(dǎo)致單相接地時(shí)弧光沒有及時(shí)熄滅，造
成本次單相接地故障的擴(kuò)大。
供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行中 ，三相對地電容基本相等且三 相對地電容電流向量和為零，對系統(tǒng)不會(huì)造成影響。當(dāng)中 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，對地電容電流主要有 以下幾方面危害。
(1)對地電容電流較大時(shí) ，接地點(diǎn)的電容電流值也較大 ，使接地點(diǎn)的電弧不能自動(dòng)熄滅，引起弧光接地過電
壓 ，危及系統(tǒng)及供電設(shè)備的安全 。電弧還易造成相鄰設(shè)備 短路 ，進(jìn)而擴(kuò)大事故 。
(2)導(dǎo)致另外兩非接地相產(chǎn)生很高的過渡過電壓，引 起系統(tǒng)內(nèi)部過電壓 ，擊穿系統(tǒng)設(shè)備絕緣薄弱點(diǎn) ，造成短路 事故。
(3)電弧持續(xù)不滅 ，會(huì)引起供電系統(tǒng)電磁能震蕩，使中性點(diǎn)偏移 。
為此 ，在我國6?66kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式被廣泛采用 ，可顯著減小系統(tǒng)接地時(shí)對地電容電流。
3 消弧線圈原理及選擇 3.1 消弧線圈原理 消弧線圈是一個(gè)具有鐵芯的可調(diào)電感線圈 ，裝設(shè)于變 壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí) ，可形成
一個(gè)與接地電流的大小相等但方向相反的電感電流 ，這個(gè)電流與電容電流可互相補(bǔ)償，最終使接地點(diǎn)的電流變得很小或等于零 ，從而消除了接地處的電弧 。如圖1所示，當(dāng) C相發(fā)生單相接地時(shí) ，中性點(diǎn)電壓U0將變成一UC，此時(shí)消弧線圈兩端為相電壓 ，若忽略線圈電阻 ，則有感性電流
流過線圈，其值為：
式中 ，L 、XL分別為消弧線圈的電感和感抗。
圖1 單相接地時(shí)對地電容電流與補(bǔ)償電流示意圖
當(dāng)C相接地時(shí) ，無接地的A相和B相的電壓將升高 到線電壓 ，而A相和B相的對地電容電流ICA和ICB將分別超前UA’和UB’90°。從圖2上還可看出 ，_?CA和JCB組成的 總電容電流h將超前認(rèn)'90° 。由此可知，電感電流IL與電容電流IC正好相位相反 ，IL而且IL也必然流經(jīng)故障點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對單相接地時(shí)產(chǎn)生的電容電流的補(bǔ)償 。隨著接 地電流的減小 ，電弧將自行熄滅。
圖2 系統(tǒng)接地時(shí)電流電壓的向量圖
3.2 消弧線圈選擇 由于系統(tǒng)中電容電流為36.01A ，考慮供電系統(tǒng)擴(kuò)展
性后應(yīng)將電容電流設(shè)定為不低于50A ，因此消弧線圈容量S=U相 ×IC = (10.5kV/1.732) × 50A=303kVA 。對照標(biāo)準(zhǔn)選型手冊后 ，選用315kVA型消弧線圈。其結(jié)構(gòu)及自動(dòng)
跟蹤控制系統(tǒng)接線如圖3所示 。
圖3 消弧線圈及自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)接線圍
4 消弧線圈的使用效果 實(shí)時(shí)監(jiān)測的消弧線圈運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)見表1 。系統(tǒng)中電
容電流為36.8A，通過消弧線圈進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償后 ，剩余電 容電流即發(fā)生接地時(shí)接地殘流為1.6A，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)定值 。由此可知 ，110kV系統(tǒng)安裝消弧線圈裝置后，系
統(tǒng)電容電流控制在5A以下 ，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與 可靠性 。
表1 消弧線圈運(yùn)行狀態(tài)
5 結(jié)語 當(dāng)供電系統(tǒng)運(yùn)行方式改變后，一定要重新計(jì)算系統(tǒng)電 容電流參數(shù) ，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)就應(yīng)重新配置設(shè)備，降低系統(tǒng) 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn) ，避免因小故障導(dǎo)致接地點(diǎn)電弧沒有熄滅而引發(fā) 母線短路 ，造成大面積停電事故的發(fā)生。
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