共和光熱電廠35kV輸電線路接地故障原因分析及處理

田志毅,蒲永凱,李文魁

(中國水電顧問集團共和光熱電廠，青海 共和 813000)

1 概 況

中國水電顧問集團共和光熱電廠位于青海省海南州共和縣海南生態(tài)太陽能發(fā)電園區(qū)內(nèi)，園區(qū)距縣城約12 km，G214國道由園區(qū)西側(cè)通，單塔裝機容量為50 MW，配置6h儲熱系統(tǒng)，吸熱塔高度193 m，選擇20 m2(4 m×5 m)的小尺寸定日鏡30016面，鏡場總采光面積約為60.032萬m2。熔鹽吸熱器額定輸出功率230 MWth，設(shè)計溫度為650℃，進出口溫度為290/565℃。汽輪機選用超高壓、一次再熱、8級抽汽直接空冷汽輪機，額定功率50 MW。發(fā)電機組采用發(fā)電機-變壓器單元接線方式接入110 kV匯集站，高壓起動/工作變壓器電源由園區(qū)內(nèi)110 kV變電站35 kV母線引接，采用中性點不接地系統(tǒng)，接至共和光熱電廠35 kV 3511開關(guān)上側(cè)，架空線路全長12.9 km，3511開關(guān)下側(cè)通過高壓電纜接至35 kV啟動備用變壓器高壓側(cè)。

2 事件經(jīng)過

2021年2月18日23時23分08秒，35 kV啟動備用變壓器35kV側(cè)3511開關(guān)、低壓側(cè)6B02開關(guān)跳閘，快切裝置聯(lián)動6A02開關(guān)成功，部分輔機跳閘，調(diào)度通知；共和電廠所屬35 kV線路發(fā)“35 KV馬昱線線路瞬時接地告警"，共和電廠站內(nèi)35 kV啟動備用變壓器ISA-387G差動保護裝置發(fā)”比率差動作Idb=11.99 A；“差動速斷保護動作”，Idc=8.68A,低后備保護母線PT斷線告警。一次設(shè)備檢查中發(fā)現(xiàn)3511開關(guān)后間隔C相電纜終端頭有明顯燒傷痕跡，檢查35 kV啟動備用變壓器本體無明顯故障點，將6B02開關(guān)、3511開關(guān)搖出間隔停電，合上接地刀閘。

3 裝置信息

3.1 電壓、電流變化情況

通過對35kV系統(tǒng)及啟動備用變壓器低壓側(cè)故障前、故障時和跳閘瞬間電壓、電流變化統(tǒng)計比較，由表1可以直觀看出，35 kV馬昱線電壓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啟動備用變壓器低壓側(cè)電壓無大的波動；35 kV馬昱線電流IB由0.123 A上升至4.411 A，IC由0.135 A上升至4.298 A。故判斷為35 kV線路側(cè)C相先接地，而后B、C相電纜短路。

表1 35kV線路及啟動備用變壓器低壓側(cè)電壓、電流變化統(tǒng)計

3.2 故障錄波信息

檢修人員調(diào)取了35 kV啟動備用變壓器35 kV側(cè)3511開關(guān)、低壓側(cè)6B02開關(guān)跳閘前35 kV輸電線路電壓故障錄波記錄，如圖1所示。從電壓波形可以看出，故障前35 kV啟動備用變壓器高壓側(cè)A、B相電壓波動不大，C相電壓持續(xù)降，故判斷C相接地，且絕緣持續(xù)降低；3511開關(guān)跳閘瞬間的波形如圖2所示，從電壓波形可以看出，3511開關(guān)跳閘瞬間，B相、C相電壓降至零，跳閘后A、B、C電壓恢復(fù)正常,因此可初步判斷故障點在3511開關(guān)至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜之間，且C相先接地，后B、C相電纜短路，從而導(dǎo)致35 kV啟動備用變壓器差動保護動作跳閘。比率差動動作及3511開關(guān)變量如圖3所示，開關(guān)量動作情況看出，啟備變差動保護先出口，啟備變高壓側(cè)斷路器分閘后出口，即保護動作正常。

3.3 保護裝置信息

35 kV啟動備用變壓器ISA-387G差動保護裝置保護跳閘定值為；差動速斷電流定值6 A比率差動差流門檻定值0.38 A，經(jīng)查詢，35 kV啟動備用變壓器ISA-387G差動速斷保護動作情況如圖4所示，“差動速斷保護動作，Idc=8.68A,差動速斷保護動作”。35 kV啟動備用變壓器ISA-387G比率差動保護動作情況如圖5所示，保護動作值為“比率差動作Idb=11.99A”，保護動作正確。

3.4 故障點判斷

(1)最終通過以上對電壓和電流、故障錄波及保護動作的分析檢查確認故障點初步判斷故障點在35 kV 3511開關(guān)至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜處。

(2)檢修人員通過對35 kV 3511開關(guān)至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜進行重點檢查，發(fā)現(xiàn)故障點在35 kV 3511開關(guān)后間隔C相電纜終端頭處，35 kV 3511開關(guān)后間隔C相電纜終端頭擊穿情況如圖6所示。

3.5 故障處理

(1) 檢修人員于2月19日進行初步原因分析和檢查，解刨C相電纜終端，檢查分析電纜故障原因，確認原因后因電纜長度無法滿足終端制作，打開電纜溝重新梳理電纜，調(diào)整電纜走向及長度，達到制作需求后，切除該處電纜頭，重新制作A、B、C電纜終端頭。制作完成后分別進行電纜絕緣及交流耐壓試驗，試驗數(shù)據(jù)均合格，35 kV 3511開關(guān)至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

(2) 工作結(jié)束后，調(diào)整終端彎曲度，保證終端頭與其他附件之間的安全距離及終端部不受力，恢復(fù)電纜終端引線、CT及電纜溝蓋板，采用有機防火堵料做電纜孔洞防火封堵。

(3) 恢復(fù)送電前，檢修人員對啟動備用變壓器全面檢查，本體無異常,絕緣支柱無閃絡(luò)、損壞、引線無短路短路，變壓器絕緣合格、瓦斯繼電器以及油質(zhì)進行分析合格后，投運正常。

4 原因分析

4.1 直接原因

經(jīng)判斷本次事故造成C相接地的原因為電纜頭制作工藝不嚴(yán)謹，半導(dǎo)電未做打磨處理，應(yīng)力管搭接過長，主絕緣劃痕較多且深，銅屏蔽包敷不均勻?qū)е碌膿舸┙拥厥鹿省?/p>

由于電纜的絕緣介質(zhì)在制造過程中難免不會由于氣泡、雜質(zhì)等缺陷出現(xiàn)，所以容易導(dǎo)致電場集中進而導(dǎo)致局部擊穿，形成樹枝狀破壞通道，這是一個較為復(fù)雜的電腐蝕過程。電纜的電纜絕緣與外屏蔽在制作過程中有一層半導(dǎo)體，但電纜頭制作必須要增加電纜的爬電距離，所以需要切除一些半導(dǎo)體，雖然電纜頭制作時，在絕緣與屏蔽中增加了一層應(yīng)力管，但由于手工還會有一些瑕疵，致使應(yīng)力管電場分布不均，因此容易出現(xiàn)電樹枝，這種瑕疵不可避免，但同時也屬于35 kV高壓電纜電力線路故障的間接原因。早期的35 kV高壓電纜線路沒有電壓限制措施，這更進一步加快了電纜的絕緣老化進程，因此大多企業(yè)的電纜線路在運行8～10 a后都發(fā)生了故障。而線纜頭又是電纜的關(guān)鍵和薄弱環(huán)節(jié)，所以其中80%以上都屬于電纜頭擊穿造成的接地故障。另外由于電纜因其單相接地后存在弧光，很容易加快未接地相電纜絕緣的老化，然后形成兩相短路，擴大事故。

4.2 間接原因

檢查中發(fā)現(xiàn)C相電纜與B相電纜之間隔板有松動現(xiàn)象，長時間受力損壞C相電纜頭部位的絕緣，使受力部位絕緣下降。

電力系統(tǒng)在實際的運行過程中容易受到各種客觀存在因素的影響，加大了停電事故發(fā)生的機率。其中，35 kV電網(wǎng)接地線路在正常的運行中受到風(fēng)的影響時，導(dǎo)致輸電線路附件松動、脫落，將會造成導(dǎo)線接地故障的產(chǎn)生，即線路舞動。所謂的線路舞動主要是指風(fēng)激勵下導(dǎo)線將會隨著風(fēng)的作用進行低頻率、大振幅自激振動的過程。在這種故障發(fā)生的過程中，導(dǎo)致配電網(wǎng)的接地線路無法正常地運行，影響著電網(wǎng)線路及設(shè)備的安全性。線路舞動現(xiàn)象出現(xiàn)時，隨著風(fēng)速的不斷增大及其他外部條件的變化，將會使導(dǎo)線偏離原來的位置，一定條件下會損壞相關(guān)的電力設(shè)備。與此同時，當(dāng)舞動的幅度過大時，導(dǎo)線將會與周圍的樹木接觸，造成接地故障的出現(xiàn)。風(fēng)激勵下風(fēng)速的變化將會擴大風(fēng)激勵對配電網(wǎng)的影響范圍，將會加大電網(wǎng)接地故障發(fā)生的概率。導(dǎo)線舞動的影響因素較多，像導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)特點、風(fēng)激勵、周邊障礙物等，都可能造成線路發(fā)生接地故障。

5 解決方法

(1) 加裝完善35 kV線路保護，當(dāng)發(fā)生接地故障時及時發(fā)現(xiàn)處理。

(2) 開展春檢、冬檢及定期檢查工作，同時結(jié)合技術(shù)監(jiān)督，加強絕緣監(jiān)督及電氣設(shè)備性能監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(3) 加強日常管理工作,督促運行人員對所有參數(shù)應(yīng)定時、周期性的進行監(jiān)視，尤其是設(shè)備分圖參數(shù)。

(4) 不斷提升維修人員的技能水平、專業(yè)技術(shù)知識，根據(jù)檢修工作的需求，定期對線路進行檢查、維護，對可能發(fā)生的故障進行預(yù)防，以此來確保35 kV配電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性。

(5) 加強電力安全意識宣傳，樹立較強的線路保護觀念，按照電廠標(biāo)準(zhǔn)化工作需求，通過在35 kV配電網(wǎng)電線桿上涂抹反光漆，在電線桿、地下電纜的線路上進行標(biāo)記，增加警示和警示牌，來提高安全意識。

(6) 調(diào)整電纜水平彎曲、垂直彎曲等彎終端彎曲度，合理加裝固定支架，保證終端頭與其他附件之間的安全距離及終端部不受力。

6 防范措施

(1) 加強線路的巡視，及時掌握和消除線路的缺陷，包括特殊天氣后，地震、冰、風(fēng)、雷、氣溫變化、污穢、洪水、樹木生長、外力破壞、交叉跨越等諸多因素帶來的問題。

(2) 合理配置、完善繼電保護，第I段、第Ⅱ段電流速斷保護作為主保護，以第Ⅲ段過電流保護作為后備保護,當(dāng)出現(xiàn)故障時能有選擇的，快速可靠切斷故障。

加強自然因素的威化意識，對長期處于風(fēng)沙濕環(huán)境下的電纜分接頭銹蝕情況和輸電線路兩側(cè)避雷裝置按時進行檢查，確保在使用中處于正常狀態(tài)，并發(fā)生作用。

(3) 合理地安裝線路避雷器。應(yīng)結(jié)合35 kV電網(wǎng)接地線路的特點，按照合理的方式在桿塔上安裝一定數(shù)量的避雷器，并構(gòu)建相關(guān)電氣分析模型，增強線路正常運行的安全性。

(4) 深埋接地極。為了適當(dāng)?shù)販p小接地電阻，在接地線路設(shè)置的過程中應(yīng)考慮將接地極深埋于地下。

(5) 提高桿塔或者線路的絕緣性能。采取性能可靠的絕緣材料，提高桿塔或者線路的絕緣性能，增強輸電線路的耐雷水平，有利于降低導(dǎo)線接地故障的發(fā)生率。

(6) 合理地避開線路舞動易發(fā)生區(qū)域。相關(guān)的研究報告指出，風(fēng)速保持在10 m/s左右的雨凇地區(qū)發(fā)生線路舞動的概率相對較大。因此，線路設(shè)計的過程中需要合理地避免這些區(qū)域，為后期電網(wǎng)的正常運行打下堅實的基礎(chǔ)。

(7) 增強導(dǎo)線抵抗舞動的綜合能量。導(dǎo)線布置時應(yīng)按照水平方式進行布置，確保導(dǎo)線與周圍樹木之間有著足夠大的安全距離。與此同時，采用專業(yè)的防止舞動的工具，一定程度上也會避免線路舞動現(xiàn)象的出現(xiàn)。

7 結(jié) 語

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，各企業(yè)的規(guī)模越來越大，其用電量也在不斷增加，為了滿足用電需求，很多大企業(yè)都建立了高壓變電站，這其中多為35 kV高壓變電站。由于充油電纜很污染環(huán)境、不易維護，架空線路占地面積大等原因，很多企業(yè)都選擇了交聯(lián)電纜來作為35 kV線路的動力電纜，以此減少占地面積和環(huán)境污染。但隨著時間的推移，很多企業(yè)的交聯(lián)電纜線路在運行8～10 a后都發(fā)生了故障，嚴(yán)重威脅到企業(yè)生產(chǎn)安全。而這其中80%以上都屬于電纜頭擊穿造成的接地故障，本文就根據(jù)本人經(jīng)驗對35 kV高壓交聯(lián)電纜系統(tǒng)接地故障原因分析進行簡要的分析，最后提出了一些改進措施，望對相關(guān)工作有所幫助。