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一起因35kV线路避雷器高阻接地引起母线电压异常的缺陷处理及异常现象原因分析

  发表时间:2020年11月24日  点击数:3292 次

一起因35kV线路避雷器高阻接地引起母线电压异常的

缺陷处理及异常现象原因分析

宁夏嘉泽新能源股份有限公司 王正川

  作者简介

  王正川,宁夏嘉泽新能源股份有限公司生产运维部变电专责,主要负责公司输变电专业管理工作,对公司电场进行专业支持。

  【摘 要】介绍了某风电场升压站发生的一起35kV线路避雷器高阻接地引起母线电压异常的缺陷处理过程,并对该缺陷处理过程中出现的异常情况的发生原因进行分析。

  【关键词】避雷器 高阻接地 电压异常

  一、引言

  在输电线路各类故障中,接地类故障属于一类常见的、多样的综合类故障,按照接地相别可分为:单相接地、两相接地和三相接地。按照接地故障的持续时间可分为:永久性接地和瞬时性接地。按照接地阻抗也可分为:低阻接地、中阻接地和高阻接地。接地类故障整体故障特征明显,配套继保装置准确判断和切除故障的成功率随着近20年模拟量监测精度和信息处理能力的飞速发展而得到大幅提升。但是,有一类接地故障,因其独特的故障特征,现阶段继保装置无法进行有效监测和 可靠切除,此类故障为高阻接地故障。

  高阻故障引起的故障电流突变量很小,电流水平不稳定,存在谐波和高频分量,且大多伴有电弧等一系列特征,致使高阻接地故障成为不易监测和切除的一类故障,下面将通过一起高阻接地故障案例,浅析高阻接地故障处理中出现的几个突出问题。

  二、设备异常现象及保护动作情况

  2020年3月29日18:23:48:797XXX风电场后台监控报出公用测控‘其它异常’,35kVI母所属保护测控报出‘接地故障’。电场查看后台报文及故障录波装置未发现保护装置和开关动作情况,发现35kVI母A电压UA为1.1kV(通过后续几次测量,发现电压值时有时无,存在波动情况), 零序电压3U0为52.67kV,非故障相电压UB、UC幅值升至线电压;电场对一次设备巡视检查无明显异常,测量电压互感器A相二次保护测量、计量空开均无电压(后续测量A相电压时有时无)。全场机组无故障,SVG设备运行正常,站用电系统正常。

  三、设备异常处置经过

  1、电场根据故障现象初步判定为35kVI母电压互感器一次保险熔丝熔断,随即组织人员进行保险熔丝更换,保险熔丝更换后电压未恢复正常;

  2、电场重新安排对电气监控后台设备各项运行参数检查,未发现异常(SVG和站用电系统各相电压幅值、相角、频率均为正常运行状态);对风机进行检查确认,各风机运行参数正常(风机网侧各相电压幅值、相角、频率均为正常运行状态),对升压站内设备进行巡视未发现明显异常现象,电气监控后台也无其他异常报警。通过以上检查,初步确认为电压互感器自身故障引起,决定对电压互感器进行相关试验,以进一步确认故障点;

  3、分别对该电压互感器进行了‘绕组及末屏的绝缘电阻测试’、‘tanδ及电容量测试’、‘变比测试’、‘绕组直流电阻测试’、‘交流耐压试验’(参考标准《DL/T596-2005 电力设备预防性试验规程》),各项试验结果均正常;

  4、电场重新对电压互感器的接线端子、航空插头、消谐器、避雷器、二次回路进行检查,均未发现异常;

  5、为彻底排除电压互感器自身故障的可能性,经讨论决定,将35kVI母电压互感器与II母电压互感器进行调换;

  6、两段母线电压互感器手车调换后I母电压互感器电压仍不正常,但II母电压互感器电压正常,排除电压互感器手车自身故障,并确定异常情况为一次系统接地引起;

  7、电场再次对后台报文及故障录波文件进行了分析,发现在故障0时刻后406.536ms左右,35kVI母所接间隔均监测到一次短时微弱波动,其中35kV集电六线电流波动最为明显,波动幅值达到0.106A(其他间隔为0.013A左右),决定先排查集电线路接地的可能性,通过拉路实验方法对所有间隔进行逐一排除;

图1 故障录波文件电压截图

图2 故障录波文件电流截图

  8、根据35kV集电六线电流波动幅值最大的特征,决定先对35kV集电六线进行拉路,当35kV集电六线转热备后35kVI母电压恢复,确定异常原因为35kV集电六线存在接地故障引起;

  9、为进一步检查确认,对35kV集电六线摇测绝缘,摇测绝缘发现35kV集电六线三相对地绝缘为零;

  10、经排查发现本次事故原因为35kV集电六线1F05机组终端杆避雷器击穿导致。

  四、异常现象原因分析

  1、继电保护未动作

  本次35kV集电六线故障点属于高阻性接地故障,该类故障具有电流波动幅值微小、周期短、不易察觉的特征,各级保护装置无法有效感知故障电流,国内外研究发现,现阶段继电保护装置均无法做到对高阻接地故障的有效切除、隔离,成功切除率低于15%。

  从故障录波数据可以看出,故障发生 406.536ms时刻35kVⅠ母A相电压降低,B、C相电压上升,并产生零序电压,35kV母线零序的电压突增达到98.525V,在故障后487ms时,零序电压 稳定在102V左右。35kV集电六线A相电流存在突变,突变电流最大为0.106A,零序电流最大为0.106A,同时刻#1接地变零序电流最大0.023A,35kV集电六线零序电流虽有突变但幅值很小,未达到零序Ⅰ段保护定值(1.0A、0S),故该线路配套继电保护装置零序I段保护未动作。

  2、风机网侧、SVG、接地变电压无警告连接变和箱变接线方式为角转星方式(ZNyn11型和 Dyn11型),因母线线电压一次值幅值无变化(中性点偏移至A相,导致相角产生变化),通过角转星后,低压侧电压幅值三相幅值平衡、相角无变化(低压侧自备中性点,该基准未发生偏移,故相角无变化),风机和SVG监测电压无异常,接地变二次电压也无异常,故本次故障期间机组网侧、SVG、接地变电压无警告;中性点偏移的主要原因是因为避雷器呈现高阻状态后,其阻值低于站内接地变中性点接地电阻导致。

  3、避雷器呈现高阻状态 复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套,并选用多组高性能的氧化锌电阻阀片串联式结构,本次事故避雷器经初步判断为个别阀片击穿,导致整体阻值下降,但未下降至可击穿临界值,呈现出高阻状态。

  通过对现场故障避雷器解体分析,发现避雷器内部芯体倒数第五块电阻存在两点闪络放电现象;故障电流作用于第五块电阻上,导致避雷器底部不断发热,使避雷器芯体绝缘性能不断下降;故障时刻,故障点为避雷器底部位置,而上部绝缘正常,避雷器为高阻接地。

图3 避雷器内部放电点

图4 避雷器外部放电点

  4、事故线路停电前后绝缘等级差异情况拉路实验停电前故障避雷器内部个别阀片击穿,导致避雷器呈现高阻状态,线路持续运行;在拉路实验停运集电六线操作过程中,形成操作过电压,将绝缘等级已严重不足的避雷器彻底击穿,避雷器绝缘值降至0,呈现出直接接地状态,固集电六线停运后A相绝缘摇不上去。

  五、总结

  以上是对本次35kV线路避雷器高阻接地引起母线电压异常的判断和处理,此次故障属于小概率事件,电场人员合理、有效的处理方法,为风电场变电运维专业提供了宝贵经验,具有一定的参考和使用价值。

  参考文献

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  [2]马杰,李磊,李乃永,等.基于故障信息的高阻接地故障辨识与定位方法[J].电力系统保护与控制.2013,41(11):74-78;

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  [4]詹启帆,李天友,蔡金锭.配电网高阻接地故障检测技术综述[J].电气技术.2017年 12期;

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