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    6.2 现代电力配电智能控制当前位置: 网站首页 > 6.2 现代电力配电智能控制
    10kV开关柜接地故障分析与对策

    郎进平

    (山西太钢岚县矿业公司,山西 吕梁 033500)


    摘要:针对一起10kV开关柜接地故障扩大引发的大面积停电事故,分析了 10kV中性点不接地系统发生单相接地时对地电容电流的危害,介绍了消弧线圈原理及选择。

    关键词:开关柜;电容电流;接地故障


    1  故障经过及原因分析

    110kV智能化无人值守浮选站的131500kVA主 变带110kV两段母线运行,由集控站进行集中监控、操 作。2014108914分,集控站事故报警、烟雾报警装置报警,监控后台显示浮选站8226 #2站变出线柜 过流I段动作跳闸,浮选站#2主变8202过流I段动作跳 闸,110kV两段母线失电。在浮选站现场检查发现,10kV高压室浓烟滚滚,无法进人。迅速开窗、开排风扇驱散烟雾后进人高压室检查发现,#2站变出线柜电缆室炸裂烧损。通过分析后台保护波形及保护动作情况可知,此次故障的直接原因为#2站变出线柜的电缆室内过电压保护器质量问题引起B相单相接地。但弧光没有及时熄灭,引发相间弧光短路,最终扩大到母线相间短路,造成站变断路器与主变二次侧断路器跳闸,从而引发大面积停电。


    2 10kV中性点不接地系统运行对地电容电流分析

    110kV智能化无人值守浮选站的110kV系统运行方 式为中性点不接地运行,共有10kV电缆出线18回,其中10回出线为双回路,初期设计互为备用,实际出线为13回,系统对地电容电流设计为11.03A。站所自投用后,根据生产的需求,单回路出线不能满足需求,需双回路供电,于是增加发电线路,实际出线变为19回。事故后经计算,系统对电容电流为36.01A

    DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确要求,对于3?10kV主要由电缆线路构成的系统,当接地故障电流大于30A时,中性点应装设消弧线 圈。但在实际工作中,系统电容电流大于20A时就需装设 消弧线圈。由此可知,导致本次事故的原因是随着电缆的 逐步增多,系统对地电容电流发生了显著的增加,10kV 系统对地电容电流从11.03A增加到36.01A,已超过了标 准规定的安全值,导致单相接地时弧光没有及时熄灭,造 成本次单相接地故障的扩大。

    供电系统在正常运行中,三相对地电容基本相等且三 相对地电容电流向量和为零,对系统不会造成影响。当中 性点不接地系统中发生单相接地时,对地电容电流主要有 以下几方面危害。

    (1)对地电容电流较大时,接地点的电容电流值也较大,使接地点的电弧不能自动熄灭,引起弧光接地过电 压,危及系统及供电设备的安全。电弧还易造成相邻设备 短路,进而扩大事故。

    (2)导致另外两非接地相产生很高的过渡过电压,引 起系统内部过电压,击穿系统设备绝缘薄弱点,造成短路 事故。

    (3)电弧持续不灭,会引起供电系统电磁能震荡,使中性点偏移。

    为此,在我国6?66kV中性点不接地系统中,中性点经消弧线圈接地方式被广泛采用,可显著减小系统接地时对地电容电流。


    消弧线圈原理及选择

    3.1 消弧线圈原理

    消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈,装设于变 压器或发电机的中性点。当发生单相接地故障时,可形成 一个与接地电流的大小相等但方向相反的电感电流,这个电流与电容电流可互相补偿,最终使接地点的电流变得很小或等于零,从而消除了接地处的电弧。如图1所示,当 C相发生单相接地时,中性点电压U0将变成一UC,此时消弧线圈两端为相电压,若忽略线圈电阻,则有感性电流 流过线圈,其值为:

     

    式中,LXL分别为消弧线圈的电感和感抗。


     

    1  单相接地时对地电容电流与补偿电流示意图


    C相接地时,无接地的A相和B相的电压将升高 到线电压,而A相和B相的对地电容电流ICAICB将分别超前UAUB’90°。从图2上还可看出,_?CAJCB组成的 总电容电流h将超前认'90°。由此可知,电感电流IL与电容电流IC正好相位相反,IL而且IL也必然流经故障点,从而实现了对单相接地时产生的电容电流的补偿。随着接 地电流的减小,电弧将自行熄灭。


    图2  系统接地时电流电压的向量图


     3.2 消弧线圈选择

    由于系统中电容电流为36.01A,考虑供电系统扩展 性后应将电容电流设定为不低于50A,因此消弧线圈容量S=U ×IC = (10.5kV/1.732) × 50A=303kVA。对照标准选型手册后,选用315kVA型消弧线圈。其结构及自动 跟踪控制系统接线如图3所示。


     

    3  消弧线圈及自动跟踪控制系统接线围


    4  消弧线圈的使用效果

    实时监测的消弧线圈运行状态数据见表1。系统中电 容电流为36.8A,通过消弧线圈进行实时补偿后,剩余电 容电流即发生接地时接地残流为1.6A,符合标准要求的规定值。由此可知,110kV系统安装消弧线圈装置后,系 统电容电流控制在5A以下,极大提高了系统的稳定性与 可靠性。

    消弧线圈运行状态

     


    5  结语

    当供电系统运行方式改变后,一定要重新计算系统电 容电流参数,一旦发现超标就应重新配置设备,降低系统 运行风险,避免因小故障导致接地点电弧没有熄灭而引发 母线短路,造成大面积停电事故的发生。

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