过电压对变电站开关柜设备造成影响的分析

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热度0票  浏览234次 时间：2020年4月26日 14:59

王 星

（南方电网公司深圳供电局 广东 深圳 518000）

摘 要：电力系统内部过电压造成的事故每年都存在，本文主要就深圳供电局典型的接地故障造成的工频过电压、间歇性弧光过电压、开关合闸和重合闸产生的操作过电压对变电站内开关柜设备造成的影响进行分析，并提出综合考虑系统接地及重合闸配置、合理配置设备绝缘、对设备进行运维等应对措施，确保站内设备安全可靠运行。

关键词：过电压；开关柜设备；系统接地及重合闸配置；设备绝缘配置变电站开关柜设备作为电力系统变配的连接环节,经常出现各种各样的故障，经分析发现，些故障有部分是由过电压引起的，容易造成设备损坏，供电可靠性降低。电力系统的过电压分为外部过电压和内部过电压。外部过电压是由大气放电引起，也称雷电过电压。内部过电压是由于运行操作或故障引起的在电力系统内部产生的过电压，内部过电压分为工频过电压、操作过电压、电磁谐振过电压等。这些过电压的幅值超过了电气设备的绝缘强度，易造成电气设备绝缘击穿，针对深圳供电局目前状况，主要分析内部过电压。

1 深圳供电局典型过电压分析

过电压的危害程度与电网的结构、系统容量及参数、中性点接地方式、断路器性能、母线上的出线路数以及电网的运行接线、操作方式等因素有关。针对深圳局目前状况，分析以下典型的过电压:

1.1 接地故障造成的工频过电压

发生单相接地故障时，非故障相的相电压会升高到线电压，从而引起过电压。C相接地时，C相对地电压UC为0；而A 相对地电压UA为：UA=UA+（-UC）=UAC；B 相对地电压UB 为：UB=UB+（-UC）=UBC。由此可见，非故障相电压升高了√ 3 倍。在消弧接地系统中，发生单相接地故障时，还可以继续运行2h，有利于提高供电可靠性，但是存在以下问题： （1）深圳局电缆出线愈来愈多, 消弧线圈在电缆线路较多的系统中不能可靠消弧防止过电压。（2）系统电容电流很大，需要的消弧线圈容量也将很大，经常出现补偿容量不足的情况。（3）理论电容电流和实际电容电流相差较大，消弧线圈补偿的准确度难以保证。（4）消弧选线装置正确选取率低，无法满足切除故障要求。

（5）消弧补偿过程中，容易出现过电压，对站内设备绝缘性能造成破坏。

例如：2018年5月29日110kV九围站5033刀闸柜故障，分析为馈线站外接地故障，产生过电压，而该站该站为消弧线圈接地系统，不断补偿而过电压持续存在(接地报警到主变跳闸约1分钟)，同时因5033 A相静触头盒老旧或质量问题，诱发绝缘薄弱环节放电击穿。因此5033刀闸长时间烧损，融穿隔板滴落溶液导致CT二次电缆熔断，引起#3主变跳闸。

1.2 间歇性弧光过电压

对于站外非金属性接地故障,接地时未以产生稳定的电弧, 于是就形成了电弧熄灭和重燃相互交替的不稳定工作状态，这种间歇性电弧现象引起电网运行状态的瞬态变化, 从而导致电磁能的强烈振荡, 并在非故障相乃至故障相中, 产生很高的暂态过电压。一般为3～5 倍相电压甚至更高, 致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿, 并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。

而中性点经小电阻接地的配网系统中，中性点电阻阻值不是很大时，当接地电弧熄弧后，零序残荷将通过中性点电阻提供的通路泄放掉，所以当发生下一次燃弧时，其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，并不会象中性点不接地或经消弧线圈接地系统，由于多次燃弧、熄弧而使过电压幅值升高，易造成10kV系统瓦解。

故深圳局目前采取应对措施为，中性点改为小电阻接地，并投入馈线重合闸：中性点经电阻接地限制过电压, 以牺牲连续供电为代价消除一相接地故障来达到系统安全运行的目的。再配合馈线重合闸的投入，以达到保证供电可靠性的目的。但是存在以下问题： （1）重合闸的投入，对站内开关柜设备有更高要求。尤其是老旧变电站的开关机构，由于运行年限长，其机构部件老化，容易出现卡涩等问题，因重合闸问题造成越级跳事件。（2）发生间歇性弧光接地，投入重合闸，如此时发生事故，极有可能扩大事故范围，造成10kV母线失压。

例如：2018年11月30日110kV三河站F55开关柜故障，由于F55站外故障引起过电压，F55零序保护动作，第一次跳闸后重合于故障，再次跳开后未能隔离故障点，随后10kV F55开关柜BC相真空泡被击穿，导致10kV 3M母线接地，#3主变低后备保护复压过流Ⅱ段动作跳开变低开关，同时闭锁10kV 532备自投，最终导致10kV 3M失压。

1.3 开关合闸和重合闸产生的操作过电压

电力系统在合闸、分闸即开关操作过程中负荷骤变，分析公式U= di/dt/C可知：即使电流数值不大，当其迅速变化时，电容C上都会感应到极高的过电压。深圳局馈线电缆率高，故切除空载线路时会产生过电压。另外，深圳局无功调节时频繁投切电容器，也将产生过电压，对站内设备绝缘考验更加严峻。

比如：2018年12月12日110kV上村站3C1开关柜故障。发生故障前，由于系统需要，3C1电容器被频繁投切，会产生过电压，正常情况下设备绝缘不应有问题。但由于上村站3C1开关柜投运时间长，GN30刀闸瓷瓶存在质量问题，在操作GN30刀闸过程中瓷瓶受力，导致刀闸瓷瓶有裂纹，在过电压与操作震动的双重影响下，瓷瓶绝缘被击穿，对外壳放电，导致10kV3M失压。

以上分析可知，10kV配网线路故障、频繁的站内操作引起的过电压，会对变电站内10kV设备造成影响，对站内设备绝缘考验更加严峻，严重时会导致设备故障以致10kV母线失压，造成越级跳事件及负荷损失。

2 应对措施

2.1 综合考虑系统接地及重合闸配置

深圳局目前采取应对措施为，将中性点改为小电阻接地，并投入馈线重合闸：中性点经电阻接地限制过电压, 以牺牲连续供电为代价消除一相接地故障来达到系统安全运行的目的。再配合馈线重合闸的投入，以达到保证供电可靠性的目的。

由于投入重合闸会对站内设备造成影响，故公司组织修订了10(20)kV配网线路重合闸投退原则，按此原则对配网线路进行重合闸的投退。目前，深圳局配网共6447条馈线，投入重合闸10kV线路数量3260条，重合闸投入率51.88%。2018年重合闸动作1755次，其中重合成功685次，成功率39%，有一定效果。

2.2 合理配置设备绝缘

过电压容易造成设备绝缘击穿，应按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》

[1] 标准要求，合理配置设备绝缘，保证站内外一次电气设备能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。

一次设备绝缘应能耐受因线路空载、接地故障和甩负荷造成的工频过电压，耐压满足1.1√ 3pu要求；

一次设备绝缘应能耐受因操作或故障引起系统元件参数不利组合而产生的谐振过电压，耐压满足3.0pu要求；

一次设备绝缘应能耐受因线路合闸和重合闸产生的操作过电压，耐压满足3.0pu要求；

一次设备绝缘应能耐受因开断空载或单相接地线路断路器发生重击穿时产生的操作过电压，耐压满足4.0pu要求；

一次设备绝缘应能耐受间歇性电弧接地故障过电压要求：小电阻接地2.5pu、消弧接地系统3.2pu。

注： ⑴ 工频（相对地）过电压1.0pu=Um/√ 3pu； ⑵ 谐振过电压和操作过电压1.0pu=√ 2 Um/√ 3pu； ⑶ Um为系统最高电压。

2.3 定期对设备进行运维

开关柜设备运行时间久，会出现绝缘老化等问题，其过电压承受水平会降低。故需按照南网《电力设备检修试验规程》

[2] ，定期对开关柜设备进行运维及试验：

每半年1次或必时，进行运行中局部放电带电测试。

母线联络断路器柜、主变低压侧断路器柜、电容器组断路器柜每3年1次，其余6年1次或必要时，进行交流耐压试验。

每6年1次进行开关柜B修及开关特性试验。

2.4 积极研究新技术手段对过电压进行分析及防治

目前，针对过电压特别是10kV配网过电压的研究并不充分，且过电压数据的采集也存在一定困难。故需联合各兄弟单位及科研单位，利用过电压采集器、建模分析、组合式避雷器等新技术手段，对过电压进行数据采集、定量分析及制定防治措施。

3 结束语

目前，针对过电压特别是10kV配网过电压的研究并不充分，通过分析深圳供电局典型的过电压造成的故障，提出应对措施，对确保站内设备安全稳定运行，在电力系统运行中具有极其重要的意义。■

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范GBT 50064-2014，2014.

[2] 中 国 南 方 电 网 有 限 责 任 公 司 企 业 标 准 ， 电 力 设 备 检 修 试 验 规 程CSG1206007-2017，2017.

作者简介：王星（1987–），男。工程师，学士，从事电网一次设备检修工作。E-mail：

272095742@qq.com。