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太陽能發電園區內，園區距縣城約12 km，G214國道由園區西側通，單塔裝機容量為50 MW，配置6h儲熱系統，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。發電機組采用發電機-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內110 kV變電站35 kV母線引接，采用中性點不接地系統，接至共和光熱電廠35 kV 3511開關上側，架空線路全長12.9 km，3511開關下側通過高壓電纜接至35 kV啟動備用變壓器高壓側。

2 事件經過

2021年2月18日23時23分08秒，35 kV啟動備用變壓器35kV側3511開關、低壓側6B02開關跳閘，快切裝置聯動6A02開關成功，部分輔機跳閘，調度通知；共和電廠所屬35 kV線路發“35 KV馬昱線線路瞬時接地告警"，共和電廠站內35 kV啟動備用變壓器ISA-387G差動保護裝置發”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。一次設備檢查中發現3511開關后間隔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、3511開關搖出間隔停電，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系統及啟動備用變壓器低壓側故障前、故障時和跳閘瞬間電壓、電流變化統計比較，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電壓、電流變化統計

3.2 故障錄波信息

檢修人員調取了35 kV啟動備用變壓器35 kV側3511開關、低壓側6B02開關跳閘前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A、B相電壓波動不大，C相電壓持續降，故判斷C相接地，且絕緣持續降低；3511開關跳閘瞬間的波形如圖2所示，從電壓波形可以看出，3511開關跳閘瞬間，B相、C相電壓降至零，跳閘后A、B、C電壓恢復正常,因此可初步判斷故障點在3511開關至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開關變量如圖3所示，開關量動作情況看出，啟備變差動保護先出口，啟備變高壓側斷路器分閘后出口，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開關至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜進行重點檢查，發現故障點在35 kV 3511開關后間隔C相電纜終端頭處，35 kV 3511開關后間隔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，試驗數據均合格，35 kV 3511開關至35 kV啟動備用變壓器之間的高壓電纜試驗數據如表2所示。

(2) 工作結束后，調整終端彎曲度，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、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進行分析合格后，投運正常。

4 原因分析

4.1 直接原因

經判斷本次事故造成C相接地的原因為電纜頭制作工藝不嚴謹，半導電未做打磨處理，應力管搭接過長，主絕緣劃痕較多且深，銅屏蔽包敷不均勻導致的擊穿接地事故。

由于電纜的絕緣介質在制造過程中難免不會由于氣泡、雜質等缺陷出現，所以容易導致電場集中進而導致局部擊穿，形成樹枝狀破壞通道，這是一個較為復雜的電腐蝕過程。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體，雖然電纜頭制作時，在絕緣與屏蔽中增加了一層應力管，但由于手工還會有一些瑕疵，致使應力管電場分布不均，因此容易出現電樹枝，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，因此大多企業的電纜線路在運行8～10 a后都發生了故障。而線纜頭又是電纜的關鍵和薄弱環節，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

檢查中發現C相電纜與B相電纜之間隔板有松動現象，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，加大了停電事故發生的機率。其中，35 kV電網接地線路在正常的運行中受到風的影響時，導致輸電線路附件松動、脫落，將會造成導線接地故障的產生，即線路舞動。所謂的線路舞動主要是指風激勵下導線將會隨著風的作用進行低頻率、大振幅自激振動的過程。在這種故障發生的過程中，導致配電網的接地線路無法正常地運行，影響著電網線路及設備的安全性。線路舞動現象出現時，隨著風速的不斷增大及其他外部條件的變化，將會使導線偏離原來的位置，一定條件下會損壞相關的電力設備。與此同時，當舞動的幅度過大時，導線將會與周圍的樹木接觸，造成接地故障的出現。風激勵下風速的變化將會擴大風激勵對配電網的影響范圍，將會加大電網接地故障發生的概率。導線舞動的影響因素較多，像導線的結構特點、風激勵、周邊障礙物等，都可能造成線路發生接地故障。

5 解決方法

(1) 加裝完善35 kV線路保護，當發生接地故障時及時發現處理。

(2) 開展春檢、冬檢及定期檢查工作，同時結合技術監督，加強絕緣監督及電氣設備性能監督，發現問題及時處理。

(3) 加強日常管理工作,督促運行人員對所有參數應定時、周期性的進行監視，尤其是設備分圖參數。

(4) 不斷提升維修人員的技能水平、專業技術知識，根據檢修工作的需求，定期對線路進行檢查、維護，對可能發生的故障進行預防，以此來確保35 kV配電網的安全性、穩定性。

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

(6) 調整電纜水平彎曲、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、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,當出現故障時能有選擇的，快速可靠切斷故障。

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

(3) 合理地安裝線路避雷器。應結合35 kV電網接地線路的特點，按照合理的方式在桿塔上安裝一定數量的避雷器，并構建相關電氣分析模型，增強線路正常運行的安全性。

(4) 深埋接地極。為了適當地減小接地電阻，在接地線路設置的過程中應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，有利于降低導線接地故障的發生率。

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

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

7 結 語

隨著我國工業的快速發展，各企業的規模越來越大，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境、不易維護，架空線路占地面積大等原因，很多企業都選擇了交聯電纜來作為35 kV線路的動力電纜，以此減少占地面積和環境污染。但隨著時間的推移，很多企業的交聯電纜線路在運行8～10 a后都發生了故障，嚴重威脅到企業生產安全。而這其中80%以上都屬于電纜頭擊穿造成的接地故障，本文就根據本人經驗對35 kV高壓交聯電纜系統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，望對相關工作有所幫助。