Judgment and treatment of single phase ground fault in 35kv system of 330kv substation

Electrical Engineering and Automation June 2013, Volume2, Issue 2, PP.19-23

Judgment and Treatment of Single-Phase Ground Fault in 35kv System of 330kv Substation Xiaopeng Li, Yanpeng Hou, Zhixiong Chang, Chong Shao Gansu Electric Power Maintenance Company, Jiuquan Gansu, 735000

Abstract Some typical phenomena have been depicted in this paper along with the occurrence of fault in the process of single-phase grounding in 35kV system in two substations of 330kV as example. Then, through the analysis of the principle diagram and fault, the cause of the fault phenomenon has been expounded, and a set of fault finding process and the subsequent processing method that is simple and reliable has been put forward, which can be a reference for the operation and maintenance personnel.

Keywords: 330kV Substation; 35kV; Single-Phase Grounding Fault Treatment

330kV 变电站 35kV 系统单相接地故障的诊断及处理 李晓鹏，侯延鹏，畅志雄，邵冲 甘肃省电力公司检修公司酒泉分部，甘肃省 酒泉市 735000 要：本文结合两起 330kV 变电站 35kV 系统的单相接地故障处理过程，叙述了该类型故障发生时伴随的一些典型现象。

摘

然后通过原理图和故障分析，阐明了故障现象出现的原因，并针对性的提出了一套简单可靠的故障查找流程及后续处理 方法，可供运维人员参考。 关键词：330kV 变电站；35kV 侧；单相接地；故障处理

引言 330kV 变电站中的 35kV 系统，为典型不接地系统，具有重要的作用，常连接的有电容器、电抗器、所 用变等设备（如图 1），担负着为系统提供无功补偿、为变电站提供电源等任务。由于是不接地系统，单相 接地故障电流小，并常伴有母线 PT 保险熔断，故障现象比较隐蔽，不易发现和查找，如果该系统发生单相 接地故障，有可能导致 35kV 系统长时间带故障运行，主变低压侧长时间 PT 异常，甚至会发生其他伴生故障。 所以需要在故障发生时快速确定故障点，消除故障，提高设备的运行水平。本文结合两次典型该类型故障的 检查和处理过程，着重探讨并给出了一套简单有效的 35kV 系统单相接地故障的查找步骤和处理方法。

图 1 330kV 变电站 35kV 系统常见接线

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1

典型故障及现象分析

1.1 典型故障简介 2011 年 11 月，330kV 某变电站 35kV 系统母线电压异常，后台显示两相无电压，主变保护报低压侧 PT 异常。运行人员巡视发现 PT 保险爆炸，申请派检修人员进行更换。检修人员赶赴现场，在更换前进行检查， 发现所用变电缆头 融化，发生单相接地故障。检修人员立刻申请停用所用变，之后更换了 PT 保险，母线电压恢复。 2012 年 4 月，330kV 某变电站 35kV 系统 1 号 SVC 跳闸，检修人员前往进行故障处理。在对 SVC 进行 检查后，未发现会导致跳闸的现象。经过查找，发现 35kV 母线电压异常，无法使阀正常导通， SVC 阀保护 动作跳闸。进一步检查，最终确定故障原因为所用变电缆头融化，发生单相接地。于是退出所用变进行处理， 更换 PT 保险后系统恢复正常。 从以上两次故障的处理经过中可以发现， 35kV 系统单相接地故障较隐蔽，部分运行、检修人员对其认 知还不够充分，故障汇报不够准确，处理的条理不够清晰，导致故障处理不够及时。因此，有必要对该类型 故障开展进一步研究，分析并给出有效的故障诊断步骤和处理方法。

1.2 故障现象及分析 以 35kV 侧带一组电容器运行为例，可画出简化后的原理图，所用高压侧为三角形接线；电抗器、电容 器支路为星型接线，中性点正常运行不接地，均只计入其对地杂散电容： Uc

* * *

Ub Ua

CS

图 2 35kV 侧接地故障原理图

330kV 变电站 35kV 系统为不接地系统，以 A 相为接地相，在发生单相接地故障时，系统的对地电压发 生如下变化： U a 0  0

U b0  Eb U c 0   Ea

（1）

由于 A 相接地，其中无故障电流流过，正常相对地的电容电流为：

I I

b

 jCS Eb

c

  jCS Ea

（2）

 3 jCS Eb

（3）

故障电流为正常相电容电流之和：

I

k

上式说明，接地电流为电容电流，超前接地相电动势 Ea90 度

（ 1）

。 CS 为该系统所有设备对地杂散电容之

和，电网中的电缆设备越多， CS 越大，在 330kV 变电站中，35kV 系统一般所接设备数量少，除所用变之外 一般无电缆进线，所用的电缆不足 100m，其余设备如电容器组、电抗器组、所用变、PT 等的对地电容值也 较小， CS 可以忽略不计。 - 20 www.ivypub.org/eea

从以上分析可以看出，发生单相接地故障时，故障相电压为 0，非故障相电压为线电压。故障电流由于 系统对地电容小，故障电流较小，无法使保护选择性切除故障。而电压保护可以动作，切除相关电容器或者 电抗器，但若故障点并不在所切除支路，故障将会继续存在。为避免不同名相再次接地，不允许长期带故障 运行，运行时间一般不超过 2h。

2

故障诊断流程 35kV 系统发生单相接地时，电压的变化比较明显，可以用电压作为突破口，确认是否存在故障。

2.1 用遥测、遥信进行初判 后台遥测、遥信，能够快速反映异常状态，运行人员应该迅速的发现这些异常，并进行初步诊断。如后 台接收到如下信息，可能标志着 35kV 系统存在异常：主变保护上报主变低压侧 PT 异常的报文，并有铃声预 警；35kV 母线连接的电容器低电压保护动作；35kV 母线连接的 SVC 阀保护动作等。运行人员发现这些异常 后，可在后台查看 35kV 母线电压的遥测量和保护报文。如果母线电压正常，并伴有设备故障跳闸，那么跳 闸设备的一、二次可能存在故障，若已被切除，应对其进行检查；如果母线电压正常，且无设备故障跳闸， 那么很可能是发出预警的设备电压回路异常，应对其进行检查。如母线电压仍然异常，例如出现一相电压为 0，另两相为 35kV，可判断为单相接地故障。由于接地故障发生时，常伴有 PT 保险熔断，也可能存在两相 电压为 0，一相为线电压，甚至三相电压全为 0 的情况，尚不能做出确切判断。但是，只要出现相电压的异 常升高，应马上巡视一次设备，因为，单纯的 PT 保险熔断或者二次回路异常，很难出现电压升高，所以很 可能出现单相接地故障。 35kV系统出现异常

查看后台报文，遥 测量

母线电压是否正 常

正常

异 常

有无故障跳闸

无

据电压异常现行进 行初判

有无相电压升 高

告警设备的电压回 路异常，需检查该 回路

有

巡视仍在运行的一 次设备，很可能出 现单相接地故障

无

正常

在PT端子箱测试 PT二次电压

检查后台和异常设 备电压回路

异 常 均有电 对一次设备进 行验电

异常相PT保险熔 断，需更换保险

一 相 无 电 无电相存在接地故 障，立刻巡视设备

图 3 故障诊断流程图 - 21 www.ivypub.org/eea

有

存在设备一、二次 故障，且该设备已 被切除，需检查该 设备

2.2 测量 PT 二次电压排除干扰 保护装置、后台电压异常，除了出现接地故障外，还有可能是 PT 空开跳闸、电压二次回路异常等原因 引起，为了排除这些干扰因素，可以直接到 PT 端子箱，测量最初始的 PT 二次电压。如果电压正常，那么应 当检查空开、二次接线、采样回路等；如果电压仍然异常，那么基本可以确定，不是 PT 损坏，就是一次电 压已经异常。

2.3 对一次设备验电确认故障 如果怀疑一次电压发生异常，而又没有办法测量一次设备电压，可以采取验电的方法判断。使用相应电 压等级的验电器，对 35kV 母线进行直接验电。如果有接地故障发生，那么接地相必然无电。验电最好在 PT 保险的两端进行，可以同时判断出哪一相地保险已经熔断，方便之后的故障处理。经过这一步骤，再结合前 面两次测量，应该已经可以确定是否存在接地故障，并可确认故障相。

3

故障处理方法 在确认故障类型后，应迅速采取措施，发现并隔离故障点。

3.1 多种方式发现故障点 在确认存在故障后，可以采取多种方式查找故障位置。运行人员应巡视一次设备，注意有无明显的接地 点，应特别关注电缆进线。注意观察电缆有无鼓胀、有无焦糊味，可以用红外测温仪对电缆进行测温，一般 接地点的温度与其他相是有所不同的。

3.2 迅速隔离故障点 在找到故障点之后，应迅速将故障点隔离。在隔离故障设备后，可以再进行一次验电，如果母线电压已 经恢复，那么可以确定故障已经切除。之后应尽快更换 PT 保险，更换时注意保险的额定电流，防止更换后 再次熔断。更换保险后，各设备的 35kV 母线电压应恢复正常。之后可以进行故障设备的检修工作。

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结束语 35kV 系统发生单相接地故障时，虽然不会直接危及主设备的运行，但是如果再发生不同名相接地，则

会造成设备跳闸。因此，需在较短时间内排除故障，最多不能超过 2h。但是，在实际工作中，由于检修人员 距离发生此类故障的变电站距离较远，从故障发生至被隔离所需时间的远超规定。“三集五大”之后，运维人 员应该具备更高的技术水平，将承担更大的责任，本文旨在为运维人员提供一个参考，提高运维人员处理这 类故障的能力，使故障持续的时间大为缩短，提高设备的可靠运行水平，充分体现“大检修”体系的优越性。

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【作者简介】 李晓鹏（1985- ），男，2008 年毕业于清华大学电气工程及自动化系，在甘肃省电力公司检修公司从事检 修管理工作，参与了 750kV 西北新疆联网工程、750kV 敦煌变可控高抗项目、330kV 玉门变 SVC 项目等 重点工程，从事继电保护专业 5 年，现技术职称为助理工程师。

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