引言：隨著配電網(wǎng)電纜化率的不斷提升，電纜溝內(nèi)電纜敷設(shè)日益密集，單相接地故障引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險增加。陜西電科院研發(fā)了消弧線圈接地系統(tǒng)接地故障高效處置關(guān)鍵技術(shù)，降低相關(guān)故障導(dǎo)致電纜溝火災(zāi)的風(fēng)險，提升了電纜安全可靠運行水平。

科研人員開展單相接地故障處理能力現(xiàn)場測試

近日，陜西省又一座110千伏變電站安裝了高性能選線保護裝置，對單相接地故障的處理能力顯著增強，進而降低了相關(guān)電纜溝發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險。

高性能選線保護裝置由國網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學(xué)研究院研發(fā)，是消弧線圈接地系統(tǒng)接地故障高效處置關(guān)鍵技術(shù)的成果之一。自2020年起，該院深入研究電弧對電纜的引燃能力、故障點電弧電流抑制、接地故障快速切除和現(xiàn)場測試技術(shù)，提出了消弧線圈接地系統(tǒng)接地故障高效處置關(guān)鍵技術(shù)，在提升電纜單相接地故障檢測準確性的同時減少故障隔離時間、縮小故障影響范圍，提升了電纜安全可靠運行水平。

探明故障電弧發(fā)展機理為更好處理電纜接地故障打下基礎(chǔ)

“近年來，配電網(wǎng)電纜化率不斷提升，配電系統(tǒng)電容電流持續(xù)增大，導(dǎo)致一旦發(fā)生單相接地故障，故障點的電弧電流較大，易造成電纜溝起火。”陜西電科院配電網(wǎng)故障處理團隊學(xué)術(shù)帶頭人劉健說。

配電網(wǎng)按照中性點接地方式通常分為不接地系統(tǒng)、消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)。消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，通常先由消弧線圈輸出補償電流，抑制故障點電弧電流。然后，選線裝置判斷并隔離故障線路。當(dāng)選線裝置選線錯誤導(dǎo)致單相接地故障無法切除時，調(diào)度自動化系統(tǒng)需要依次推拉選出故障所在線路。傳統(tǒng)的處置方式中，消弧線圈補償精度低，抑制故障點電弧電流能力有限。同時，選線裝置難以應(yīng)對復(fù)雜故障。這些因素制約著防治電纜溝火災(zāi)能力的提升。

陜西電科院配電網(wǎng)故障處理團隊立足故障電弧發(fā)展機理，聚焦故障抑制、故障隔離、現(xiàn)場測試三個方面提出新理論、突破新技術(shù)、研發(fā)新設(shè)備。他們采用火災(zāi)動態(tài)仿真方法，揭示了電纜單相接地故障導(dǎo)致火災(zāi)的溫度場以及熱釋放速率的動態(tài)分布規(guī)律，明確了故障電弧引燃電纜的時間與空間閾值，為合理設(shè)置消弧線圈補償電流和選線裝置動作時間提供了依據(jù)。

“抑制故障點電弧電流+精準隔離故障”避免電纜被引燃

“我們首先明確了故障點電弧電流大小、持續(xù)時間長短與引燃電纜概率之間的關(guān)系，下一步要將電弧電流抑制在安全范圍內(nèi)，并及時隔離故障，這樣才能避免電纜被電弧引燃?！眲⒔≌f。

為了抑制故障點電弧電流，團隊提出預(yù)調(diào)式相控消弧原理，研制了預(yù)調(diào)式相控消弧線圈成套設(shè)備。該設(shè)備可根據(jù)故障點電弧電流大小自動調(diào)節(jié)補償電流的大小，實現(xiàn)對故障電流的精準補償，從而為隔離故障、消除火災(zāi)風(fēng)險贏得更多時間。在單相接地故障發(fā)生時，它能夠在60毫秒以內(nèi)將故障電流控制在2.5安以下，補償精度遠高于傳統(tǒng)消弧線圈能達到的水平。

故障點電弧電流降低后，準確識別并隔離故障才能避免發(fā)生電纜溝火災(zāi)，但現(xiàn)有選線裝置無法有效識別間歇性電弧故障、跨線相繼接地故障等復(fù)雜接地故障。

團隊對實際單相接地故障開展了數(shù)百次連續(xù)監(jiān)測記錄，在統(tǒng)計分析故障性質(zhì)、故障類別、熄弧時間、電弧間斷時間等的基礎(chǔ)上，結(jié)合發(fā)生接地故障時的暫態(tài)量和穩(wěn)態(tài)量信息，提出了復(fù)雜接地故障的檢測與保護方法。2021年，他們研制出高性能選線保護裝置，增強了對于復(fù)雜接地故障的應(yīng)對能力，進而提升了單相接地故障選線跳閘準確率。目前，陜西省已有176座110千伏變電站應(yīng)用高性能選線保護裝置，選線跳閘準確率達97.9%。

變電站內(nèi)外配合實現(xiàn)故障隔離范圍最小

利用高性能選線保護裝置隔離故障需要使整條線路斷電，停電范圍相對較大。于是，團隊又將目光聚焦到如何使停電范圍最小上。

“以前，變電站外的線路未配置配電自動化設(shè)備，我們只能通過變電站線路出線開關(guān)跳閘來隔離故障。近年來，隨著配電自動化的發(fā)展，我們已經(jīng)可以通過變電站內(nèi)的選線裝置與變電站外的配電自動化設(shè)備配合來處理故障，做到只隔離故障發(fā)生的電纜區(qū)段，避免整條線路失電。”劉健說。

2022年，團隊提出面向城市配電網(wǎng)的單相接地故障集中智能處理方法和面向郊區(qū)配電網(wǎng)的單相接地故障分布智能處理方法，實現(xiàn)了單相接地故障區(qū)段自動定位、隔離以及無故障區(qū)段恢復(fù)供電，縮小了停電范圍，減少了停電時間。

在隨后的成果推廣應(yīng)用過程中，團隊發(fā)現(xiàn)相關(guān)人員安裝設(shè)備、設(shè)置定值時容易誤操作，如互感器極性接反、定值設(shè)置不合理等。這些情況會影響預(yù)調(diào)式相控消弧線圈成套設(shè)備和高性能選線保護裝置等的應(yīng)用效果。為此，團隊提出了基于可控弧光放電的單相接地故障處理能力現(xiàn)場測試方法，研發(fā)了專用測試設(shè)備和缺陷診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對單相接地故障處理的全流程閉環(huán)測試及缺陷自動診斷分析。

“我們利用單相接地故障處理能力專用測試設(shè)備和缺陷診斷系統(tǒng)，在全國范圍內(nèi)已開展現(xiàn)場測試543次，累計發(fā)現(xiàn)并幫助消除缺陷3497項，為成果推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)，也檢驗了相關(guān)配電自動化工程的質(zhì)量?！眻F隊成員權(quán)立說。

內(nèi)容來源：國家電網(wǎng)報

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