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10kV開關柜接地故障分析與對策
郎進平 (山西太鋼嵐縣礦業公司，山西 呂梁 033500)
摘要：針對一起10kV開關柜接地故障擴大引發的大面積停電事故，分析了 10kV中性點不接地系統發生單相接地時對地電容電流的危害，介紹了消弧線圈原理及選擇。 關鍵詞：開關柜；電容電流；接地故障
1 故障經過及原因分析 某110kV智能化無人值守浮選站的1臺31500kVA主 變帶110kV兩段母線運行，由集控站進行集中監控、操 作。2014年10月8日9時14分，集控站事故報警、煙霧報警裝置報警，監控后臺顯示浮選站8226 #2站變出線柜 過流I段動作跳閘，浮選站#2主變8202過流I段動作跳 閘，110kV兩段母線失電。在浮選站現場檢查發現，10kV高壓室濃煙滾滾，無法進人。迅速開窗、開排風扇驅散煙霧后進人高壓室檢查發現，#2站變出線柜電纜室炸裂燒損。通過分析后臺保護波形及保護動作情況可知，此次故障的直接原因為#2站變出線柜的電纜室內過電壓保護器質量問題引起B相單相接地。但弧光沒有及時熄滅，引發相間弧光短路，最終擴大到母線相間短路，造成站變斷路器與主變二次側斷路器跳閘，從而引發大面積停電。
2 10kV中性點不接地系統運行對地電容電流分析 該110kV智能化無人值守浮選站的110kV系統運行方 式為中性點不接地運行，共有10kV電纜出線18回，其中10回出線為雙回路，初期設計互為備用，實際出線為13回，系統對地電容電流設計為11.03A。站所自投用后，根據生產的需求，單回路出線不能滿足需求，需雙回路供電，于是增加發電線路，實際出線變為19回。事故后經計算，系統對電容電流為36.01A。 DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中明確要求，對于3?10kV主要由電纜線路構成的系統，當接地故障電流大于30A時，中性點應裝設消弧線 圈。但在實際工作中，系統電容電流大于20A時就需裝設 消弧線圈。由此可知，導致本次事故的原因是隨著電纜的 逐步增多，系統對地電容電流發生了顯著的增加，10kV 系統對地電容電流從11.03A增加到36.01A，已超過了標 準規定的安全值，導致單相接地時弧光沒有及時熄滅，造 成本次單相接地故障的擴大。 供電系統在正常運行中，三相對地電容基本相等且三 相對地電容電流向量和為零，對系統不會造成影響。當中 性點不接地系統中發生單相接地時，對地電容電流主要有 以下幾方面危害。 (1)對地電容電流較大時，接地點的電容電流值也較大，使接地點的電弧不能自動熄滅，引起弧光接地過電 壓，危及系統及供電設備的安全。電弧還易造成相鄰設備 短路，進而擴大事故。 (2)導致另外兩非接地相產生很高的過渡過電壓，引 起系統內部過電壓，擊穿系統設備絕緣薄弱點，造成短路 事故。 (3)電弧持續不滅，會引起供電系統電磁能震蕩，使中性點偏移。 為此，在我國6?66kV中性點不接地系統中，中性點經消弧線圈接地方式被廣泛采用，可顯著減小系統接地時對地電容電流。
3 消弧線圈原理及選擇 3.1 消弧線圈原理 消弧線圈是一個具有鐵芯的可調電感線圈，裝設于變 壓器或發電機的中性點。當發生單相接地故障時，可形成 一個與接地電流的大小相等但方向相反的電感電流，這個電流與電容電流可互相補償，最終使接地點的電流變得很小或等于零，從而消除了接地處的電弧。如圖1所示，當 C相發生單相接地時，中性點電壓U0將變成一UC，此時消弧線圈兩端為相電壓，若忽略線圈電阻，則有感性電流 流過線圈，其值為：
式中，L、XL分別為消弧線圈的電感和感抗。
圖1 單相接地時對地電容電流與補償電流示意圖
當C相接地時，無接地的A相和B相的電壓將升高 到線電壓，而A相和B相的對地電容電流ICA和ICB將分別超前UA’和UB’90°。從圖2上還可看出，_?CA和JCB組成的 總電容電流h將超前認'90°。由此可知，電感電流IL與電容電流IC正好相位相反，IL而且IL也必然流經故障點，從而實現了對單相接地時產生的電容電流的補償。隨著接 地電流的減小，電弧將自行熄滅。
圖2 系統接地時電流電壓的向量圖
3.2 消弧線圈選擇 由于系統中電容電流為36.01A，考慮供電系統擴展 性后應將電容電流設定為不低于50A，因此消弧線圈容量S=U相 ×IC = (10.5kV/1.732) × 50A=303kVA。對照標準選型手冊后，選用315kVA型消弧線圈。其結構及自動 跟蹤控制系統接線如圖3所示。
圖3 消弧線圈及自動跟蹤控制系統接線圍
4 消弧線圈的使用效果 實時監測的消弧線圈運行狀態數據見表1。系統中電 容電流為36.8A，通過消弧線圈進行實時補償后，剩余電 容電流即發生接地時接地殘流為1.6A，符合標準要求的規定值。由此可知，110kV系統安裝消弧線圈裝置后，系 統電容電流控制在5A以下，極大提高了系統的穩定性與 可靠性。 表1 消弧線圈運行狀態
5 結語 當供電系統運行方式改變后，一定要重新計算系統電 容電流參數，一旦發現超標就應重新配置設備，降低系統 運行風險，避免因小故障導致接地點電弧沒有熄滅而引發 母線短路，造成大面積停電事故的發生。 |
