监控模式下10kV配网故障的判别与处理

丁 伟,王文贞

(沧州供电公司,河北 沧州 061001)

随着城市规模及设备技术改造的不断扩大,在城市配电网络现有的10kV系统中,各变电站母线电压监测信号已传输至调度运行监控中心,实现工作人员远方监控工作模式。在社会经济快速发展的影响下,城市10kV配电网由于线路较长,所接负荷性质复杂,路径杂乱,有时因外力破坏、用户设备维护、容性负载影响或操作不当等原因,引起各种短路或接地故障。为了提高供电可靠性和服务质量,从容应对突发状况,应对变电站无人值守模式下要求调度运行人员要具备依据自动化信息数据及现象判断事故性质的能力,并执行相应的故障处理措施,以减轻变、配电运行、检修人员的劳动强度,提高工作效率。由于变电站普遍采用电压互感器监测系统一次电压和系统绝缘情况,并根据二次系统电压值进行监测报警。然而,由于系统二次电压不平衡形成因素很多,使得运行人员难以很快地根据系统二次电压判断当前故障情况。现对变电站10kV系统二次电压异常现象作一简要分析,作为调度运行人员的工作参考。

1 电压不平衡的故障类型判断

在变电站实际运行过程中,10kV系统二次电压异常可能由多种因素造成,当变电站站内设备或线路上发生故障时,反映到10kV母线三相电压幅值上,调度运行人员首先要判断区分故障类型。变电站母线电压异常情况包括:电压互感器高压保险熔断、低压保险熔断、一次系统接地故障、线路断线故障、谐振过电压等等。一般说来,有以下几种表现形式。

1.1 单相接地故障造成三相电压不平衡

单相完全接地:一相电压为零,两相升高为线电压(电压为0的相为接地相)。

单相不完全接地:一相电压降低但不到零,两相升高但不相等,其中一相可略超过线电压(电压降低相为接地相)。

如上所述,系统发生单相接地故障时,由于系统的对地电容和绝缘电阻相对固定,系统电压变化情况将随接地电阻的不同而有所不同。当系统发生金属性接地,接地电阻等于0时,系统中性点与故障相电压重合,故障相电压为0,非故障相电压则上升为倍相电压;当系统发生非金属性接地时,接地电阻 R≠0,此时,由于零序电压向量值将随接地电阻的大小变化而变化,可能出现的情况包括:故障相电压与滞后相电压大小相等,但小于另外一相;故障相电压小于滞后相电压,滞后相电压小于故障超前相;故障相电压大于滞后相电压,但小于超前相。

由此可见,当系统发生金属性接地时,故障特征较为明显,可以准确判断出故障类型,而在系统发生非金属性接地时,由于接地电阻的不确定性,二次电压异常具有较大的隐蔽性,容易与 TV保险熔断或二次回路接线错误等故障混淆,仔细分析发现,该情况至少有一相电压超过了相电压,这是保险熔断时不会出现的。

1.2 电压互感器(PT)断线造成三相电压不平衡

1)电压互感器高压保险熔断:熔断相电压降低但不到零,非熔断相电压指示正常值。

电压互感器高压保险熔断时,受电压二次回路的负载影响,熔断相电压降低,但不为零,此时其它两相电压应保持为正常相电压或略低。同时由于熔断相出现在互感器高压侧,互感器低压侧会出现零序电压,其大小通常高于接地信号限值,起动接地装置,现场发出 PT断线信号。

2)电压互感器低压保险熔断:熔断相电压降低至零,非熔断相电压指示正常值。

电压互感器低压保险熔断时,在二次侧的反映和高压保险熔断基本类似,不容易区分,但是由于保险熔断发生在低压侧,影响的将只是某一个绕组的电压,不会出现零序电压。在这种情况下,通过用电压表检查电压回路熔断器两侧电压可以快速地确定故障原因。如果某相低压保险两侧电压不等,可以确认为该低压保险熔断,否则,应判断为互感器高压保险熔断。

1.3 系统铁磁谐振造成三相电压不平衡

1)基频谐振:一相电压降低但不为零,其余两相对地电压升高而且超过线电压;或两相对地电压降低,一相电压升高,可判断为基频谐振过电压。

2)分频谐振:三相同时升高或依次轮流升高,而且三相电压在不同的范围内出现低频(每秒一次左右)摆动,可判断为分频谐振过电压。近年来,由于配电线路中用户电压互感器、电子控制电焊机、调速电机等设备的增加,使得10kV配电系统的电气参数发生了很大变化。当电压互感器的感抗和系统电容的容抗满足条件XL=XCO时,系统便会发生谐振。系统谐振时,电压互感器将产生过电压,使电流激增,此时除了造成一次侧熔断器烧毁之外,还将导致电压互感器烧毁。例如在变电站送电时,当空载母线对地电容的容抗和电压互感器的感抗相近时,即很有可能出现谐振。在此情况下,应增加10kV送出线路和站用变压器改变系统参数,避免谐振的发生。

系统发生铁磁谐振的原因较多,除空送母线时的母线对地电容和电压互感器行程的谐振较易判断并易消除外,其它的都较难判断。不过,整体上看,铁磁谐振一般表现为一相或两相甚至三相对地电压升高,部分情况下电压表会发生低频摆动。如果出现电压异常升高,而没有任何一相电压降低的情况出现,则应该考虑是否是由于铁磁谐振造成的,采用断开部分较长的线路等方式改变系统参数,消除谐振条件。

1.4 线路断线故障造成三相电压不平衡

1)单相断线:一相电压升高,不超过1.5倍相电压,两相电压降低且相等,不低于0.866倍相电压(电压升高相为断线相 )。

2)两相断线:一相电压降低,但不到零,两相电压升高且相等,不超过线电压(电压升高相为断线相)。两相断线与单相接地短路的边界条件相似。因而在工作中凡是遇到接地报警的情况,要充分考虑各种情况,以便及时消除故障点恢复线路供电。

1.5 系统电压不平衡现象

在变电站投运时经常会发生中性点出现偏移的情况,有时候甚至会发出接地报警信号,这通常是由于变电站投运时,主变压器空载运行,低压侧母线桥和空母线的对地电容不相等造成的。对于空母线,此对地电容即是其主要负荷,其不平衡因素对母线电压的影响较为明显,此时如果能够及时地让变压器带上出线或站用变压器,减少电容不平衡对母线电压的影响,电压通常会回复到正常状态。

2 单相接地故障的查找及处理原则

在小电流接地系统中单相接地故障是最常见的,约占配电网故障的80%以上。随着10kV配电网络改造后线路开始大量采用高压电缆作为送电线路,同时由于采用了紧凑型全封闭式开关设备以及氧化锌避雷器,系统电容电流较以前大大增加,对地电容的增大以及系统的耐受时间比以前更短,也更容易产生较高的内部过电压。而10kV系统单相接地故障的判定通常只有依靠10kV母线电压监控点的二次电压来反映,在此情况下,这就需要值班人员能够及时、准确地判断系统单相接地故障类型,尽快断开故障线路,减少查找故障、消除故障的时间,避免由于故障处理不及时引起事故扩大,保证电力设施的安全稳定运行。

现在一些常规变电站是靠小电流接地选线装置发出告警信号,提醒运行监控人员,但在发生单相接地故障时,由于故障电流较小,使得故障选线较困难,容易出现误报或错报的现象。而一些变电站并不具备接地选线装置,是由调度、运行监控人员通过接在电压互感器二次相电压表中的幅值来判断故障。由于配网 10kV系统采用母线电压点监视形式,发生接地时只能判断某一电压等级系统有接地,而不能指出故障点所在的具体线路,所以为了找出故障点,必须依次短时断开各条线路开关进行选线。

2.1 接地故障的处理原则

尽量缩短接地故障时间;尽量缩小接地故障范围;接地母线保持电压低限值运行;尽快恢复线路正常运行。

2.2 单相接地故障的查找方法

单相接地故障的发生应以信号装置动作(三相电压显著不平衡)、消弧线圈动作为准,值班调度员接到故障信号应立即与变电站运行监控值班员核实各相对地电压、中性点位移电压、消弧线圈电流、设备异常情况等 4个方面情况。在判定系统有单相接地故障,而有关变电站巡查后又没有发现接地故障点时,则应按下列顺序查出故障设备:先选择拉开空载线路及电容器,如有两组变压器,而其10kV母线通过分段开关并列运行的,可先解开分段开关,检查出哪一母线系统有接地。

2.3 10kV线路接地故障的查找

根据规程及经验,查找接地故障。有接地选线装置的,首先考虑选出的线路。如无接地选线装置的可按下列顺序进行短时拉路的方法按以下原则查找。

1)依照负荷重要性:非特殊时期先农电线路后城区线路。

2)根据天气情况:先故障率高、线路老化严重、为架空裸导线的、未经配网线路改造过的分支线路。

3)依照线路情况:先架空线路,后电缆线路。

4)依照线路长短及分支数量的多少:先长线路,线路带分支的,特别是分支线路较长较多的线路;后短线路,先分支多的线路,后分支少的线路。

5)依照用户的重要性:先一般线路,其次是重要用户较少的线路,最后是重要用户较多的线路。

6)按事故拉路序位表顺序试拉线路开关:值班调度员也可根据有关用户的反映,跳序试拉线路开关;对双电源的用户不进行调整供电方式,直接试拉线路开关(注意另一线路不能过负荷)。

注意对一级保电线路及特殊时期保电用户不得进行全线试拉路;若为同母线两条出线线路同时接地时,采用将所有线路拉路后逐条试送的方法选出接地线路,遵循线路不带接地运行原则。

2.4 选出接地线路后的处理

将线路分段,尽量缩小接地故障范围。

将接地线路所带大分支全部拉开,如接地消失,则逐个试送分支开关,找出故障段;如接地未消失,根据线路负荷分配情况,选取中间段联络开关作为分段点,找出故障段。

对仅剩一级保电线路未拉路且未确定该线路接地的,应立即通知相关单位组织人员对该一级保电线路查线。在保证供电的情况下,可以试拉该线路部分分段、分支开关确定接地点。若试拉该线路末段分段、分支开关后接地现象消失,则此开关不送电,直至接地点排除或隔离。若未发现该线路故障点,则将该线路所在母线其余出线开关及连接设备全部拉开,判断接地点是否在该线路。若在该线路,继续查找。

若为主线路接地且负荷性质重要或有政治保电任务的,可带接地查找故障。在查出某一线路接地,如不威胁人身或设备安全时,可带接地运行至规定时间。并通知有关单位尽快组织人员抢修按规定时间将有故障的线路切除。其他情况下,可将线路停电后查找。

电缆线路接地,严禁带接地运行,先电话询问95598是否有电缆被挖断的情况及地点,如没有,通知配电抢修人员查找接地点。

间歇性接地,找出故障线路后立即切除。

在确定接地线路故障段后,立即通知相关单位查线。

2.5 单相接地故障处理的注意事项

①雷雨天气禁止带接地运行。②电缆线路拉路后,不能立即试送。③电缆线路接地只允许试送一次。④做好与监控中心操作队、配电抢修人员、电话95598的协调工作,快速找出接地故障线路及接地故障点,及时处理。

3 结束语

以上是对城市配网 10kV母线系统电压的变化及单相接地故障现象及处理原则的简要说明,总结了变电站10kV小电流接地系统较为常见的一些电压异常情况。以此作为调度运行人员事故处理的参考,达到减少查找故障、消除故障的时间,提高供电可靠性,避免由于故障处理不及时引起事故扩大,保证电力设施的安全稳定运行。

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