35kV供电系统接地事故及防范措施分析

李录涛

（大同煤矿集团电业公司山西大同037003）

0 引言

同煤电网35 kV供电系统采用的是小电流接地方式，当网内发生单相接地事故后，相关保护自动装置不启动，允许系统带接地故障运行2小时，但因非接地相对地电压升高倍，长时间运行泄流增大、发热损坏绝缘，最终发展成两相或三相接地短路事故，造成设备烧毁、短时间无法恢复的大范围停电。另外，接地事故类型很多，有金属性接地、有非金属性接地，因其改变了电网参数，由其引发的次生灾害不可预测，如因接地引发谐振过电压造成设备绝缘击穿损坏或因接地电弧引发相间短路烧毁设备等事故比比皆是。因此，快速判断故障类型、及时切除故障点是保证电网安全运行的重要措施。

1 事故案例与故障情况分析

1.1 事故案例

2012年夏季，35 kV燕台线因雷击造成线路某杆塔一串绝缘子绝缘击穿，发生35 kV单相接地事故，因事故点较隐蔽，在寻找故障点、调度调整运行方式的过程中，发生系统谐振，造成电网长时间电压波动不平衡，网内7座35 kV变电站的14组35 kV电压互感器因铁磁谐振导致烧毁，最后用了4个多小时、10多座35 kV变电站运行方式的调整才破坏了谐振点，恢复了电网正常运行，教训惨痛。

1.2 故障情况分析

以上9座35 kV变电站建设于上世纪50～80年代，建站时期技术条件、经济条件有限，当时的供电网络规模、容量较小，系统运行、调度方式简单，建设方更多考虑的是满足功能需求，对电网后期发展及运行的安全可靠性重视不足，在设计35 kV系统电压检测设施上选择了最简单、最经济的全绝缘V型接线电压互感器，只满足系统线电压的监测，没有相电压检测和系统检漏功能。时至今日，煤矿供电网络无论从网络结构、装机容量、调度方式等多方面已发生巨大变化，尤其是近几年供电设施的智能化改造升级，使原电压检测设施功能不足的缺陷暴露出来，存在的问题：

（1）35 kV网内中性点采用落后的固定式过补偿经消弧线圈接地方式，不能及时监测、调整电网参数。

（2）网内部分变电站35 kV系统不具备接地检漏功能，当发生系统接地事故后没有报警提醒，值班人员不能及时发现、汇报及采取相应措施。站内微机保护配置的消谐功能用不上，当调度调整运行方式时，值班人员对系统状况不清楚，存在操作隐患。如本站PT一次绝缘损坏发生接地，操作人员在没有告警提示的情况下操作PT手车或隔离开关，会发生接地电弧无法熄灭引起相间短路的事故，这是《安全规程》命令禁止的。

因此系统内发生单相接地事故后，利用检漏装置和综合自动化保护配合，判断出接地类型、接地故障点，然后由调度调整运行方式，将故障点从电网内切除，既不会造成停电事故，又有效的保护了供电设备。

2 技术改造的方法和防范措施

我们对以上不具备接地检漏功能的7座变电站变电站进行了相关技术改造，更新其电压检测设施，并根据各站不同自动化装置完成二次接线和功能联调。

（1）35 kV电压互感器接线方式的改造

在对7座变电站改造项目实施过程中，参照国内外的技术成果，将两只单相电压互感器的V-V接线改造为三只一次绕组的Y型接线，每只电压互感器有三个二次绕组，一个测量绕组接成Y型，用于系统电压、功率等模拟量的实时监测和配合有关自动装置实现保护功能；一个计量绕组接成Y型，用于电子式多功能表计计量；一个附加绕组接成开口三角型，这种接线方式不仅可以测量线电压也可以测量相电压，为保护装置提供系统电压变化情况，与不同类型保护配合实现不同功能，例如过压、欠压、复合电压、零序电压等保护。还可实现系统接地检漏功能，当变电站发生某一相对地绝缘下降或接通时，站内检漏装置和综合自动化保护装置快速启动，发出声光报警，并显示系统参数，为值班员判断接地类型、故障范围提供技术依据。

（2）35 kV电压互感器一次绕组的中性点位置安装一次消谐器

三只互感器高压侧尾端（一次中性点）对地串联接入一次消谐器，对一次系统低频率谐振有过滤作用，同时可有效避免因铁磁谐振烧毁电压互感器，一次消谐器对确保电网安全运行、稳定电压质量有很大帮助。

（3）35 kV电压互感器开口三角绕组上安装二次消谐装置

二次消谐装置通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率成份能快速分析，准确地辨别出单相接地、过渡过程、电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，实现快速消谐，较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题。

（4）35 kV电压互感器绝缘介质的选择

电压互感器的绝缘介质采用环氧树脂半浇注式，环氧树脂不仅是一种难燃、阻燃的材料，且具有优越的电气性能，浇注式电压互感器具有绝缘性能好、机械强度高、防潮、防火等优点，是比较理想的互感器绝缘成型材料。

（5）消弧线圈接地方式的改造

将固定式过补偿经消弧线圈接地方式改造为调谐式自动跟踪补偿消弧线圈的小电流接地方式，能够自动补偿单相接地电容电流，抑制铁磁谐振过电压的产生。

3 应用情况

经过充分技术论证和前期准备后，该项目在南羊路、挖金湾等7座35 kV变电站建设实施，在随后多年时间的运行观察中，设备运行稳定，满足系统要求，改造达到了预期效果，同时也为今后煤矿电网相关建设积累了宝贵经验。

此项目改造的电压检测设施不但具备可靠的系统接地检漏功能，而且可以向综自系统提供精确的系统电压数据，完全可以满足变电站综合自动化关于继电保护、计量、监测的技术要求；新电压检测设施在中性点串入了新式消谐器，在对电压互感器提供有效保护的同时，还对一次系统内存在的低频率谐振有过滤作用；项目实施中，在消谐电阻侧预留位置，后期可加装二次消谐装置，利用其自动监测系统状态的功能，随时调整参数投切电感，更好的完成消除系统谐振、快速判断接地事故类型作用。

4 优点对比与经济效益

4.1 优点对比

（1）功能

旧设施：只能进行系统线电压的指示、监控，不具备任何检漏等保护功能；

新设施：能进行目前智能化建设所要求的全部电压参数的指示、监控，包括线电压、相电压、零序电压、负序电压等，同时具备系统检漏、消谐等保护功能；

（2）维护

旧设施：由充油式电压互感器组成，每年试验、补油、渗漏处理等维护工作量较大。多年前国家已有加快供电设备无油化改造的规定。

新设施：由环氧树脂式电压互感器组成，无油，对环境无污染，无爆炸危险、电寿命长等，是目前国内同电压等级主流配置。

（3）施工

新旧设施占地面积基本相同，改造不需要土建施工。

4.2 经济效益

（1）从维护角度看，每年可减少35 kV电压互感器油的过滤、补油170 L，不计人工节省2 000余元。

（2）旧式电压互感器自身没有防护功能，系统内每年都有因接地谐振损坏互感器的事故发生，中性点消谐电阻的应用，有效的增强了自身防护能力，每年节省设备更换费至少15 000元。

5 总体性能指标

新型电压检测设施的改造应用，使以往发生接地事故后大范围调整电网运行方式和处理事故大面积、长时间停电的现象大大减少，变电站值班人员也能随时掌握站内设备的运行状况，站内系统运行的安全性、可靠性极大增强。改造后的电压检测设施，性能指标达到国家电网同电压等级先进水平，完全满足煤矿电网安全供电的要求。

6 结束语

南羊路、挖金湾等7座35 kV变电站电压检测设施的改造成功，标志着煤矿电网智能化改造又前进了一步，改造后的设备至今运行稳定，未发现影响电网安全运行的异常问题。

此项目属在同煤电网中首次应用。通过运行使用和不断完善将为煤矿电网安全可靠经济运行、消除潜在安全隐患积累宝贵经验，为现有和改扩建变电站中类似设施的设计、改造提供有力的技术支持。