某钢厂一起10kV配电系统接地故障分析与整改

吴志威，李鹏飞，王斌先，高占海

（甘肃酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

在电力系统内，单相接地是一种最常见的故障现象。某钢厂10 kV 配电系统采用中性点不接地方式供电，这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，这样可以降低运行成本，提高供电系统的可靠性。但这种供电方式在单相接地电流较大时容易产生弧光接地过电压和相间短路，给供电设备造成较大危害。目前该系统内配置了消弧消谐装置，有效抑制了弧光过电压，将非故障相电压限制在设备绝缘允许范围内，但由于电缆本体存在的质量问题，导致绝缘击穿，引发一系列事故，造成工序生产一度中断、部分设备损坏。

1 事件经过

2020 年3 月某日15：38：26，1#开关站10 kV 大华线套管零序保护动作告警，动作值102.6 A，3U0=101.5 V（整定值5 A，0 s）。同时由某总降变电所配至1#开关站的10 kV 汇丰二回套管零序动作告警，动作值98.3A（整定值5 A，0 s），系统电压A 相12.56 V，B 相98.31 V，C 相92.0 6V，3U0=93.15 V；39 ms 后某总降变电所10 kV 2#消弧消谐A 相弧光接地动作，A 相接触器吸合，系统电压为Ua=0.3 V，Ub=103.1 V，Uc=102.3 V。见图1。

图1 A相弧光接地故障录波图

21min15s 后，某总降变电所配出的另一回线路10 kV 线棒二回电缆B 相击穿，3 ms 后，10 kV 2#消弧消谐A 相熔断器熔断，故障点转移至10 kV 大华线，此时系统变为AB 相相间接地短路，系统电压Ua=63.05 V，Ub=15.9 V，Uc=90.37 V。汇丰二回报套管零序动作告警，动作值561.00 A（整定值5 A，0 s）；1#开关站10 kV 大华线A 相过流一段保护动作跳闸将故障隔离，动作值4 399.2 A（整定值3 000 A，0 s），故障持续85 ms，A 相故障点隔离，系统变为B相弧光接地故障，系统电压Ua=108.26 V，Ub=13.5 V，Uc=98.72 V，持续21 s。见图2。

图2 B相弧光接地故障录波图

21 s后，某总降变电所10 kV线棒二回过流一段保护动作跳闸，动作值14 276 A，（整定值5 600 A，0.2 s），故障持续时间240 ms（其中保护整定延时200 ms，断路器分闸时间40 ms），期间系统电压Ua=4.43 V，Ub=3.44 V，Uc=80.62 V，故障隔离，系统电压恢复正常。见图3。

图3 故障隔离前后系统电压录波图

2 故障原因分析

故障发生后开展故障查找，发现宏瑞公司在市区道路改造施工时将10 kV 大华线39#杆至金桥路1#开闭所电缆挖伤，10 kV 线棒二回一条电缆A、B相绝缘击穿，随即组织事故抢修，并对事故发生的原因进行分析。

2.1 技术原因

10 kV 大华线因宏瑞公司在市区道路改造施工时，将大华线主干线39#杆至金桥路1#开闭所电缆挖伤，引起电缆A 相接地，导致该10 kV 系统发生A相单相接地故障，此时系统B、C 相电压升高，21min15s 后导致系统内电缆绝缘薄弱的10 kV 线棒二回B 相绝缘击穿，造成10 kV 大华线与10 kV 线棒二回发生AB 相相间接地短路故障（大华线线过流一段整定时间0 s，线棒二回过流一段整定时限0.2 s），这是造成大华线A相过流一段动作断路器跳闸的技术原因。供电系统图见图4。

图4 供电系统图

85 ms 后大华线过流一段保护动作跳闸将A 相故障点隔离，10 kV 线棒二回B 相故障点仍然存在，此时消弧消谐因A相熔断器熔断（接地短路造成）装置闭锁，B 相弧光接地过电压持续21 s 后，引发10 kV线棒二回A相电缆绝缘弧光烧穿，AB相短路，这是此次10 kV 线棒二回过流一段保护动作跳闸的技术原因。

故障后对10 kV 线棒二回电缆检查确认，电缆位于支架水平敷设，不存在受力引起绝缘降低的因素，解剖该电缆发现主绝缘存在碳化通道，判断原因为绝缘老化劣化，在系统接地时发生“弱点击穿”，是此次10 kV 线棒二回B 相电缆击穿的又一技术原因。

2.2 管理原因

(1)专业技术人员对运行年限较长电缆虽然进行了安全评价，但评价针对性不强，措施不力，导致存在问题未及时发现处理。

(2)包保人员对管辖设备点检不到位，点检手段单一，目前仅通过外观检查及表面测温对电缆进行点检，未能及时发现隐性缺陷。

2.3 其它

宏瑞公司在市区道路改造施工时将10 kV 大华线39#杆至金桥路1#开闭所电缆挖伤，导致系统接地，是引发此次事故的主要因素，同一系统内的10 kV 线棒二回电缆薄弱点击穿，发生相间接地短路，引起系统内电压大幅下降，是造成生产工序停产、部分设备因供电中断时间长而损坏又一主要因素。

4 整改措施

（1）对10 kV 大华线零序保护由发信调整为跳闸，一旦发生接地故障，第一时间从系统中隔离，避免影响其它设备。

（2）对二级站所受电配置分相差动保护装置，并配置快切装置，与差动保护装置配合使用。

（3）对同一批次、同一厂家的电缆进行排查，按负荷重要程度，逐年进行更换。

（4）推进电缆在线监测系统、离线局放检测等新技术，解决点检手段单一的问题。

（5）督促生产工序做好电压凹陷治理工作，确保系统电压在允许短时间波动的情况下，造成工序大面积停电事故的发生。