35kV供配电系统出现三相同时过流的故障分析与处理

本文以位于成都地区的35kV变电站故障为例，分析35kV供配电系统出现三相同时过流的处理方式，为今后的工作提供帮助。

本文所述的35kV变电站,所处成都地区,属亚热带湿润性季风气候,春季气温回暖早但不稳定,夏季炎热暴雨多,秋季降温快多绵雨,冬季干燥多云雾。该变电站服务一级供电保障单位,由两条自有的35kV专用供电线路接入,正常运行时,站内由两套独立的配电系统作主备用分别供电,故障或检修时可以由35kV母线或10kV母线连接供电。整个供电系统是一座数字化的两级变压变电站,功能复杂、设计容量大,总供电容量达4100kVA。

此次故障的35kV供配电系统为备用的35kV红虎台支线,此线从35kV红虎线8号杆“T”形接出一条支线。35kV变电站微机综合自动化系统弹出2#主变后备保护复压动作告警;同时,根据供电公司反馈,该35kV线路出现了三相同时过流的情况,无法判断什么原因造成,必须拉闸保护并进行检查。

1 35kV供配电系统概述

1.1一次线路及设备

35kV红虎台支供电外线起于XX变电站35kV间隔出线,止于35kV变电站进线间隔。主要分为两段:一段于35kV红虎线8号杆处“T”接延经厂区内电缆敷设到35kV红虎台支线2号杆,使用YJV22-26/35-3×150的三芯电缆,共950米,中间有一个由于厂区施工挖断后对接的对接头;另一段即35kV红虎台支线2号杆经架空线路至51号终端杆进入35kV变电站进线间隔,约10千米架空线,导线采用LGJ-150/20钢芯铝绞线,地线采用GJ-35,并逐基良好接地。线路穿越区域经济较为发达,线路走廊绝大部分涉及当地经济苗圃。

站内主要有35kV变电站进线间隔到35kV高压开关室高压开关柜的一段三根65米的YJV22-26/35-1×185单芯电缆、35kV高压开关柜到35kV/10kV户外式有载调压电力变压器的一段三根20米YJV22-26/35-1×185单芯电缆、35kV高压开关柜到站用变的一段15米YJV22-26/35-3×120三芯电缆以及高压开关柜进线电流互感器等线路及35kV高压设备系统。

1.2二次保护及监控装置

主要涉及二次控制系统、微机综合自动化系统等。其中WBH-822微机保护装置具有后备与本体保护能力,可以在两段高压侧过流、两段低压侧过流、一段低压侧过流反时限、高压侧负序过流、低压侧负序过流、复压开出等产生动作。具有遥测、遥信、遥脉、遥控及故障录波功能。系统示意图如图1所示:

图1系统

图1 系统示意图

2故障信息及故障点排查处理

2.1系统故障信息

值班员在值守期间,发现35kV变电站微机综合自动化系统突然出现“2#主变后备保护WBH-822(01.04)复压动作告警”的报警信息,监控系统显示该线路35kV母线和10kV母线出现失压的情况。告警截图如图2所示:

图2 2#主变后备保护复压动作告警截图

同时,接到供电公司电话,表示其系统监控显示红虎线二段出现三相同时过流的情况,监控电流达到51A左右,而该变电站的互感器变比为300∶5,即意味着实际电流在3000A以上。

2.2系统故障点分析排查及处理

由于实时报警显示的信息会根据信息类别不同显示不同颜色,而此信息为红色,可以直接判断该信息非常重要,涉及一次设备问题。而供电公司监控数据更清楚说明,该线路出现了严重故障,必须拉闸停电,进行检查和测试。

该线路属于中性点直接接地系统,产生过流的原因可能是发生了线间短路或者是出现了线路接地的情况。根据35kV变电站以往运行故障情况及查询各类供电系统故障资料,出现单相过流的情况比较多,但三相同时过流的情况就相当少见。

根据整个输变电系统情况进行分析,可以把故障检测排查分四段进行:段即位于厂区内的950米三芯电缆,段为10千米的架空钢芯铝绞线,第三段为变电站内35kV高压进线开关柜前后的电缆线路,第四段为35kV高压开关室内设备。

故障发生后,值班人员随即巡视了整个系统。段位于厂区内且全部在地下管网内,难以肉眼发现故障,经巡视沿线未发现施工等行为,管网未遭到破坏,中间接头处也未发现明显烧灼及烧焦气味;段架空钢芯铝绞线,经巡视沿线并无断线掉落接地或其他引起短路等情况;第三段变电站内,技术人员打开紧凑的35kV高压开关室二段的背板巡视检查线路,发现35kV变电站进线间隔到35kV高压开关室高压进线开关柜的三根单芯电缆,35kV高压进线开关柜到35kV/10kV户外式有载调压电力变压器的三根单芯电缆,35kV高压进线开关柜到站用变的一根三芯电缆的电缆和各电缆头完好,未出现接地或击穿现象;第四段即检查检测35kV高压开关室内设备,发现高压开关柜进线的三组电流互感器表面及周围均有烧灼产生的黑灰和少许白色异物,怀疑三组电流互感器同时击穿放电,但该情况少见,并不能确定就是该处故障或该处就是唯一故障。电流互感器现场照片如图3所示:

图3 巡视时发现的电流互感器状态照片

为准确发现并确定所有故障点,必须对线路及设备进行仪器检测。本次检测使用ZC-7型绝缘电阻表5000V/5000MΩ和ZGF-60kV/5mA直流高压发生器。ZC-7型绝缘电阻表5000V/5000MΩ用于测量各种变配电所、电缆、变压器等绝缘电阻,测量设备和线路绝缘是否有损坏或短路现象。ZGF-60kV/5mA直流高压试验器是采用中频倍压电路,应用新的PWM中频脉宽调制技术,闭环调整,电压大反馈。主要适用于电力部门、厂矿企业动力部门、科研单位等对氧化锌避雷器、电力电缆、变压器、开关等高压电气设备进行直流耐压试验或直流泄露电流试验。测试数据如表1、2、3、4、5所示:

表1 35kV高压进线开关柜到站用变的三芯电缆绝缘测试结果

测试对象	测试数据	测试对象	测试数据
A相与B相	＞5000MΩ	A相与大地	＞5000MΩ
B相与C相	＞5000MΩ	B相与大地	＞5000MΩ
C相与A相	＞5000MΩ	C相与大地	＞5000 MΩ

表2 35kV高压进线开关柜到站用变的三芯电缆耐压测试结果

测试对象	测试电压等级/kV	耐压时间/min	泄露电流量/mA
A相、B相、C相	35	1	0.43
A相、B相、C相	42	1	0.83

表3 35kV变电站进线间隔到高压开关柜的三根单芯电缆绝缘测试结果

测试对象	测试数据	测试对象	测试数据
A相与B相	＞5000MΩ	A相与大地	＞5 000MΩ
B相与C相	＞5000MΩ	B相与大地	＞5000MΩ
C相与A相	＞5000MΩ	C相与大地	＞5000 MΩ

表4 35kV变电站进线间隔到高压开关柜的三根单芯电缆耐压测试结果

测试对象	测试电压等级/kV	耐压时间/min	泄露电流量/mA
A相、B相、C相	35	1	0.02
A相、B相、C相	42	1	0.03

表5 高压开关柜进线电流互感器绝缘电阻

测试对象	测试数据
A相与大地	0MΩ
B相与大地	6MΩ
C相与大地	5 MΩ

根据以上测试数据可以判定35kV高压开关柜到站用变的电缆和35kV变电站进线间隔到35kV高压开关柜的电缆,检测值均符合要求,无异常。35kV高压开关柜进线的三组电流互感器的绝缘电阻极低,不能使用。

另外,在35kV变电站进线间隔处使用ZGF-60kV/5mA直流高压试验器对外线路进行测量时也出现异常,在加压到1000V时即出现泄流严重的情况,考虑是由绝缘子或氧化锌避雷器击穿放电。

为确定故障点又将红虎线8号杆的T接点及2号杆的电缆与架空线分开,对红虎线8号杆到35kV红虎台支线2#杆的电缆以及2#杆到35kV变电站进线间隔的线路分别进行了测量,电缆和线路检测值均符合要求,可排除外线故障。测量数据如表6、7所示:

表6 35kV红虎线8号杆至35kV红虎台支线2号杆的三芯电缆绝缘测试结果

测试对象	测试数据	测试对象	测试数据
A相与B相	＞5000MΩ	A相与大地	＞5000MΩ
B相与C相	＞5 000MΩ	B相与大地	＞5000MΩ
C相与A相	＞5000MΩ	C相与大地	＞5000 MΩ

表7 35kV红虎台支线2号杆至51号终端杆的架空线耐压测试结果

测试电压等级	A相	B相	C相
35kV	0.135mA	0.140mA	0.131mA
45kV	0.255mA	0.256mA	0.248mA
50kV	0.360mA	0.358 mA	0.328 mA

现可确定故障点仅有高压开关柜进线电流互感器。该电流互感器型号为ZZBJ9-35型,电流互感器为环氧树脂浇注全封闭产品,适用于额定频率50Hz或60Hz、额定电压35kV及以下的电力系统中,作电能计量、电流测量和继电保护用。全封闭式柱式结构,耐污染及潮湿,尺寸小,重量轻,适用于任何位置、任意方向安装。符合IECl85及GBl208-2006《电流互感器》标准。

采购更换3组高压开关柜进线的电流互感器及损坏的绝缘隔板等附件,并对高压开关柜内器件进行除污清洁等后通电运行正常,故障排除。

3故障原因

此次出现三组电流互感器同时击穿,引起线路同时三相过流的情况,相当少见。虽意外,但也不是没有先兆。

本35kV变电站位于四川盆地,根据成都市气象台(站)的历年气象资料,其主要的气象数据如表8所示:

表8 成都市气象台(站)的气象数据

项目	参数值	项目	参数值
平均气温/℃	15.9	大积雪深度/cm	9.0
气温/℃	-5.4	积雪日	0.3
气温/℃	38.1	年平均降雨日数	125.0
年平均相对湿度/%	82.0	平均雾日	42.4
年大相对湿度/%	90.0	多雾日	101
年小相对湿度/%	77.0	平均雷暴日	26.2
年平均降水量/mm	1012.4	多雷暴日	42
日大降水量/mm	178.3	平均降霜日	20.6
年均蒸发量/mm	1139	多降霜日	25.0

从表8可以看出,本地气候温和,雨量充沛,降雨主要集中在夏、秋季,冬天降雨很少,但空气潮湿多雾,每次雾持续时间长且含水量较大。电流互感器又位于2008年汶川大地震后抢建的临时板房建筑内,距今箱体变电站运行已有10年多。根据系统以往故障情况总结,由于箱体房空间狭窄,通风通气性差,造成湿气聚集无法消散,且无检修空间,对于设备运行情况的变化也无法及时发现,虽有空调、除湿器等除湿设备,但因本地气候湿润,及房屋结构限制,效果并不佳,柜内潮气湿度一直较高,长期存在凝露现象。此高压开关柜进线电流互感器也运行了数年,绝缘性能降低,加上潮气和凝露,终造成三组电流互感器均发生高压击穿故障。

为彻底解决设备环境潮湿、设备巡视检修困难的问题,现正在加紧改造整个变电站的建筑,建设长41米、宽21.5米,高7.5/10.5米,建筑体积约119258立方米框架式设备房,并按现有的设备布局而分设有1#主变压器室、2#主变压器室、二次设备室、35kV配电室、10kV配电室、10kV变压器室、设备房间等,设备用房建成后将拆除现有的窄小的设备用活动板房,拆除原地板,使变电站设备间空间加大,便于通风散气,减少设备的潮湿度,高压设备的运行环境,有效解决影响高压设备安全运行的潮湿及通风不好的问题,扩大运行维护空间,降低系统设备运行风险。（EDN）

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