共和光热电厂35kV输电线路接地故障原因分析及处理

田志毅,蒲永凯,李文魁

(中国水电顾问集团共和光热电厂，青海 共和 813000)

1 概 况

中国水电顾问集团共和光热电厂位于青海省海南州共和县海南生态太阳能发电园区内，园区距县城约12 km，G214国道由园区西侧通，单塔装机容量为50 MW，配置6h储热系统，吸热塔高度193 m，选择20 m2(4 m×5 m)的小尺寸定日镜30016面，镜场总采光面积约为60.032万m2。熔盐吸热器额定输出功率230 MWth，设计温度为650℃，进出口温度为290/565℃。汽轮机选用超高压、一次再热、8级抽汽直接空冷汽轮机，额定功率50 MW。发电机组采用发电机-变压器单元接线方式接入110 kV汇集站，高压起动/工作变压器电源由园区内110 kV变电站35 kV母线引接，采用中性点不接地系统，接至共和光热电厂35 kV 3511开关上侧，架空线路全长12.9 km，3511开关下侧通过高压电缆接至35 kV启动备用变压器高压侧。

2 事件经过

2021年2月18日23时23分08秒，35 kV启动备用变压器35kV侧3511开关、低压侧6B02开关跳闸，快切装置联动6A02开关成功，部分辅机跳闸，调度通知；共和电厂所属35 kV线路发“35 KV马昱线线路瞬时接地告警"，共和电厂站内35 kV启动备用变压器ISA-387G差动保护装置发”比率差动作Idb=11.99 A；“差动速断保护动作”，Idc=8.68A,低后备保护母线PT断线告警。一次设备检查中发现3511开关后间隔C相电缆终端头有明显烧伤痕迹，检查35 kV启动备用变压器本体无明显故障点，将6B02开关、3511开关摇出间隔停电，合上接地刀闸。

3 装置信息

3.1 电压、电流变化情况

通过对35kV系统及启动备用变压器低压侧故障前、故障时和跳闸瞬间电压、电流变化统计比较，由表1可以直观看出，35 kV马昱线电压UA由61.898 V升高至118.221 V,再降至85.358 V；UB由58.663 V升高至82.913 V,再降低至11.190 V；UC由62.270 V降低至33.494 V,再降低至4.535V，35kV启动备用变压器低压侧电压无大的波动；35 kV马昱线电流IB由0.123 A上升至4.411 A，IC由0.135 A上升至4.298 A。故判断为35 kV线路侧C相先接地，而后B、C相电缆短路。

表1 35kV线路及启动备用变压器低压侧电压、电流变化统计

3.2 故障录波信息

检修人员调取了35 kV启动备用变压器35 kV侧3511开关、低压侧6B02开关跳闸前35 kV输电线路电压故障录波记录，如图1所示。从电压波形可以看出，故障前35 kV启动备用变压器高压侧A、B相电压波动不大，C相电压持续降，故判断C相接地，且绝缘持续降低；3511开关跳闸瞬间的波形如图2所示，从电压波形可以看出，3511开关跳闸瞬间，B相、C相电压降至零，跳闸后A、B、C电压恢复正常,因此可初步判断故障点在3511开关至35 kV启动备用变压器之间的高压电缆之间，且C相先接地，后B、C相电缆短路，从而导致35 kV启动备用变压器差动保护动作跳闸。比率差动动作及3511开关变量如图3所示，开关量动作情况看出，启备变差动保护先出口，启备变高压侧断路器分闸后出口，即保护动作正常。

3.3 保护装置信息

35 kV启动备用变压器ISA-387G差动保护装置保护跳闸定值为；差动速断电流定值6 A比率差动差流门槛定值0.38 A，经查询，35 kV启动备用变压器ISA-387G差动速断保护动作情况如图4所示，“差动速断保护动作，Idc=8.68A,差动速断保护动作”。35 kV启动备用变压器ISA-387G比率差动保护动作情况如图5所示，保护动作值为“比率差动作Idb=11.99A”，保护动作正确。

3.4 故障点判断

(1)最终通过以上对电压和电流、故障录波及保护动作的分析检查确认故障点初步判断故障点在35 kV 3511开关至35 kV启动备用变压器之间的高压电缆处。

(2)检修人员通过对35 kV 3511开关至35 kV启动备用变压器之间的高压电缆进行重点检查，发现故障点在35 kV 3511开关后间隔C相电缆终端头处，35 kV 3511开关后间隔C相电缆终端头击穿情况如图6所示。

3.5 故障处理

(1) 检修人员于2月19日进行初步原因分析和检查，解刨C相电缆终端，检查分析电缆故障原因，确认原因后因电缆长度无法满足终端制作，打开电缆沟重新梳理电缆，调整电缆走向及长度，达到制作需求后，切除该处电缆头，重新制作A、B、C电缆终端头。制作完成后分别进行电缆绝缘及交流耐压试验，试验数据均合格，35 kV 3511开关至35 kV启动备用变压器之间的高压电缆试验数据如表2所示。

(2) 工作结束后，调整终端弯曲度，保证终端头与其他附件之间的安全距离及终端部不受力，恢复电缆终端引线、CT及电缆沟盖板，采用有机防火堵料做电缆孔洞防火封堵。

(3) 恢复送电前，检修人员对启动备用变压器全面检查，本体无异常,绝缘支柱无闪络、损坏、引线无短路短路，变压器绝缘合格、瓦斯继电器以及油质进行分析合格后，投运正常。

4 原因分析

4.1 直接原因

经判断本次事故造成C相接地的原因为电缆头制作工艺不严谨，半导电未做打磨处理，应力管搭接过长，主绝缘划痕较多且深，铜屏蔽包敷不均匀导致的击穿接地事故。

由于电缆的绝缘介质在制造过程中难免不会由于气泡、杂质等缺陷出现，所以容易导致电场集中进而导致局部击穿，形成树枝状破坏通道，这是一个较为复杂的电腐蚀过程。电缆的电缆绝缘与外屏蔽在制作过程中有一层半导体，但电缆头制作必须要增加电缆的爬电距离，所以需要切除一些半导体，虽然电缆头制作时，在绝缘与屏蔽中增加了一层应力管，但由于手工还会有一些瑕疵，致使应力管电场分布不均，因此容易出现电树枝，这种瑕疵不可避免，但同时也属于35 kV高压电缆电力线路故障的间接原因。早期的35 kV高压电缆线路没有电压限制措施，这更进一步加快了电缆的绝缘老化进程，因此大多企业的电缆线路在运行8～10 a后都发生了故障。而线缆头又是电缆的关键和薄弱环节，所以其中80%以上都属于电缆头击穿造成的接地故障。另外由于电缆因其单相接地后存在弧光，很容易加快未接地相电缆绝缘的老化，然后形成两相短路，扩大事故。

4.2 间接原因

检查中发现C相电缆与B相电缆之间隔板有松动现象，长时间受力损坏C相电缆头部位的绝缘，使受力部位绝缘下降。

电力系统在实际的运行过程中容易受到各种客观存在因素的影响，加大了停电事故发生的机率。其中，35 kV电网接地线路在正常的运行中受到风的影响时，导致输电线路附件松动、脱落，将会造成导线接地故障的产生，即线路舞动。所谓的线路舞动主要是指风激励下导线将会随着风的作用进行低频率、大振幅自激振动的过程。在这种故障发生的过程中，导致配电网的接地线路无法正常地运行，影响着电网线路及设备的安全性。线路舞动现象出现时，随着风速的不断增大及其他外部条件的变化，将会使导线偏离原来的位置，一定条件下会损坏相关的电力设备。与此同时，当舞动的幅度过大时，导线将会与周围的树木接触，造成接地故障的出现。风激励下风速的变化将会扩大风激励对配电网的影响范围，将会加大电网接地故障发生的概率。导线舞动的影响因素较多，像导线的结构特点、风激励、周边障碍物等，都可能造成线路发生接地故障。

5 解决方法

(1) 加装完善35 kV线路保护，当发生接地故障时及时发现处理。

(2) 开展春检、冬检及定期检查工作，同时结合技术监督，加强绝缘监督及电气设备性能监督，发现问题及时处理。

(3) 加强日常管理工作,督促运行人员对所有参数应定时、周期性的进行监视，尤其是设备分图参数。

(4) 不断提升维修人员的技能水平、专业技术知识，根据检修工作的需求，定期对线路进行检查、维护，对可能发生的故障进行预防，以此来确保35 kV配电网的安全性、稳定性。

(5) 加强电力安全意识宣传，树立较强的线路保护观念，按照电厂标准化工作需求，通过在35 kV配电网电线杆上涂抹反光漆，在电线杆、地下电缆的线路上进行标记，增加警示和警示牌，来提高安全意识。

(6) 调整电缆水平弯曲、垂直弯曲等弯终端弯曲度，合理加装固定支架，保证终端头与其他附件之间的安全距离及终端部不受力。

6 防范措施

(1) 加强线路的巡视，及时掌握和消除线路的缺陷，包括特殊天气后，地震、冰、风、雷、气温变化、污秽、洪水、树木生长、外力破坏、交叉跨越等诸多因素带来的问题。

(2) 合理配置、完善继电保护，第I段、第Ⅱ段电流速断保护作为主保护，以第Ⅲ段过电流保护作为后备保护,当出现故障时能有选择的，快速可靠切断故障。

加强自然因素的威化意识，对长期处于风沙湿环境下的电缆分接头锈蚀情况和输电线路两侧避雷装置按时进行检查，确保在使用中处于正常状态，并发生作用。

(3) 合理地安装线路避雷器。应结合35 kV电网接地线路的特点，按照合理的方式在杆塔上安装一定数量的避雷器，并构建相关电气分析模型，增强线路正常运行的安全性。

(4) 深埋接地极。为了适当地减小接地电阻，在接地线路设置的过程中应考虑将接地极深埋于地下。

(5) 提高杆塔或者线路的绝缘性能。采取性能可靠的绝缘材料，提高杆塔或者线路的绝缘性能，增强输电线路的耐雷水平，有利于降低导线接地故障的发生率。

(6) 合理地避开线路舞动易发生区域。相关的研究报告指出，风速保持在10 m/s左右的雨凇地区发生线路舞动的概率相对较大。因此，线路设计的过程中需要合理地避免这些区域，为后期电网的正常运行打下坚实的基础。

(7) 增强导线抵抗舞动的综合能量。导线布置时应按照水平方式进行布置，确保导线与周围树木之间有着足够大的安全距离。与此同时，采用专业的防止舞动的工具，一定程度上也会避免线路舞动现象的出现。

7 结 语

随着我国工业的快速发展，各企业的规模越来越大，其用电量也在不断增加，为了满足用电需求，很多大企业都建立了高压变电站，这其中多为35 kV高压变电站。由于充油电缆很污染环境、不易维护，架空线路占地面积大等原因，很多企业都选择了交联电缆来作为35 kV线路的动力电缆，以此减少占地面积和环境污染。但随着时间的推移，很多企业的交联电缆线路在运行8～10 a后都发生了故障，严重威胁到企业生产安全。而这其中80%以上都属于电缆头击穿造成的接地故障，本文就根据本人经验对35 kV高压交联电缆系统接地故障原因分析进行简要的分析，最后提出了一些改进措施，望对相关工作有所帮助。