35kV fordelingslinje enefasede jordfejlbehandling

Forsyningslinjer: En vigtig del af strømsystemer

Forsyningslinjer er en stor del af strømsystemer. På samme spændingsniveau busbar er flere forsyningslinjer (til input eller output) forbundet, hver med mange grene arrangeret radialt og forbundet til forsyningstransformatorer. Efter at være blevet nedsat til lav spænding af disse transformatorer, leveres strøm til en bred vifte af slutbrugere. I sådanne forsyningsnet forekommer fejl som fasetilfase kortslutning, overstrømning (overbelastning) og enefasetiljordfejl ofte. Af disse er enefasetiljordfejl de mest almindelige, der udgør over 70% af de totale systemfejl. Desuden udvikler mange kortslutningsfejl sig fra enefasetiljordfejl, der eskalerer til flerfasen jordfejl.

Enefasetiljordfejl refererer til situationer, hvor en af de tre faser (A, B eller C) på en forsyningslinje brænder igennem og falder ned på jorden, kommer i kontakt med træer, bygninger, piler eller tårne, danner en ledban med jorden. De kan også opstå ved overspænding, forårsaget af lyn eller andre atmosfæriske forhold, som skader isolationen af forsyningsudstyr, hvilket fører til en betydelig reduktion i isolationsmodstand mod jorden.

Når en enefasetiljordfejl opstår i et lavstrøm jordsystem, dannes der ikke direkte en komplet fejlsløjfe. Den kapacitive jordstrøm er meget mindre end belastningsstrømmen, og systemets linjespændinger forbliver symmetriske, så strømforsyningen til brugerne bliver ikke øjeblikkeligt afbrudt. Derfor tillader regler, at drift fortsættes med én jordfejl i op til 2 timer. Dog stiger spændingen på de ikke-fejlramte faser i forhold til jorden, hvilket udgør en trussel mod isolationen. Derfor skal linjer med eksisterende jordfejl hurtigt identificeres og håndteres.

I. Identifikation af enefasetiljordfejl på 35kV hjælpebusser

Når enefasetiljordfejl, ferromagnetisk resonans, faseforsvinding eller højspændingsfuseudslukning i spændingstransformatorer (VTs) optræder, kan de observerede fænomener være lignende, men en grundig analyse afslører klare forskelle.

• Enefasetiljordfejl:
  Understationen og SCADA-systemet udsender signaler som “35kV busbar jordet” eller “Bueudslukningsbobin nr. X aktiveret.” Relæbeskyttelse udløser ikke, men udløser alarmsignaler. Spændingen på den fejlramte fase falder, mens de to andre fasers spændinger stiger. VT-indikatorlampen for den fejlramte fase bliver svagere, mens de to andre bliver lysere. I en solid (metallisk) jordfejl falder den fejlramte fases spænding til nul, og de to andre fase-mod-jord spændinger stiger med √3 gange, mens linjespændinger forbliver uændrede. VT's 3V₀ output læser ca. 100V, og harmonisk undertrykkelseslampe lyser. Bueudslukningsbobinen bærer strøm, lig med den kompensationsstrøm, der svarer til dens tapindstilling. Hvis en lillestrøm fejlledsvalginstallation er installeret, vil den aktiveres og identificere den fejlramte ledning. Hvis fejlen er inden for understationen, gør fysiske tegn som synlige buer, røg og høje elektriske lyde det lettere at identificere fejlpunktet.

• Ferromagnetisk resonans:
  Der dannes en neutralpunktfordannelsesspænding, der ændrer de trefasers fasespændinger. Typisk stiger en fase spænding, mens de to andre falder, eller omvendt, og linjespændinger ændres også i overensstemmelse hermed. Da den neutrale spænding ikke er nul, løber der strøm gennem bueudslukningsbobinen, og “busbar jordet” signaler kan optræde afhængigt af fordannelsesspændingens størrelse.

• Faseforsvinding:
  Spændingen på den tabte fases upstream side stiger til 1,5 gange den normale spænding, mens downstream spændingen falder til nul. Strømmen i den fejlramte fase bliver nul, og de to andre fasers spændinger falder let. Linjespændinger forbliver uændrede. 3V₀ læser ca. 50V, bueudslukningsbobinen bærer strøm, og et jordesignal udsendes. Brugere rapporterer sandsynligvis strømafbrydelser.

• VT højspændingsfuseudslukning:
  Spændingen på den udslukne fase falder betydeligt (typisk under halvdelen af den normale fasespænding), mens de andre fasers spændinger ikke stiger. Linjespændinger bliver ubalance. Alle udgående kredsløb på busbar udløser et “spændningskredsløb åbent” alarm. 3V₀ læser ca. 33V, og et jordesignal udsendes.

Selvom disse fire tilstande - enefasetiljord, ferromagnetisk resonans, faseforsvinding og VT fuseudslukning - viser lignende symptomer, kan en grundig analyse af fasens spænding, linjespænding, 3V₀, bueudslukningsbobinens strøm, SCADA automatiserings signaler og rapporter fra kontrolrumoperatører præcist skelne en enefasetiljordfejl.

II. Behandlingsproces for 35kV hjælpebus enefasetiljordfejl

Når en 35kV linje jordfejl opstår, udsender Wan’an-understationens 35kV busbar et jordalarm. Personale på centralkontrollestationen bør straks informeres for at inspicere installationsudstyr og beskyttelsesstatus (herunder 3V₀ spænding, lillestrøm fejlledsvalgstatus, bueudslukningsbobins temperatur/strøm osv.), og linjeoperationsgruppen bør sendes på linje-inspektion. Efter at have modtaget feedback fra centralstationen, der bekræfter en jordfejl, bør prøveafslutning (prøveafskæring) af linjer udføres. Før prøveafslutning, skal kritiske brugere informeres. 

For systemer uden prøveafslutningsenheder er fjernafskæring via SCADA mulig, men belastningen på downstream understationer skal først overføres. I systemer med interne broforbindelser skal automatiske overførselskontakter (ATS) deaktiveres for at undgå, at de overfører fejlen til sunde sektioner.Når en bestemt linje er identificeret som fejlramt, bør prioritet gives til overførsel af dens belastning, inden den fejlramte linje tages ud af drift. Linjeoperationsgruppen og personalen på centralstationen bør derefter informeres for at inspicere 35kV linjen og undersøge 35kV udstyr i den relevante 35kV understation. 

For at forhindre, at fejlen eskalerer til en fasetilfase kortslutning - der kan forårsage pludselige strømafbrydelser - må fejlramt udstyr hurtigt lokaliseres og isoleres. Desuden, for at forhindre overophedning og skade på bueudslukningsbobinen, bør det fejlramte udstyr generelt isoleres inden for 2 timer. Bobinens temperaturstigning bør overvåges og holdes under 55°C. Hvis dette overskrides, skal enefasetiljorddrift stoppes øjeblikkeligt, og det fejlramte udstyr frakobles. Hvis jordtilstanden fortsætter mere end 2 timer, skal situationen rapporteres til seniorledelse.

III. Konklusion

Når en enefasetiljordfejl opstår på en forsyningslinje, forbliver linjespændingens størrelse og fase uændret, hvilket tillader kortvarig fortsat drift uden at afkoble det fejlramte udstyr. Selvom dette forbedrer leveringsreliabiliteten, stiger spændingen på de to sunde faser til linje til linje niveauer, hvilket øger risikoen for isolationsnedbrydning og efterfølgende tofasen til jord kortslutning. Dette indebærer betydelige risici for sikker og økonomisk drift af understationsudstyr og forsyningsnettet. Derfor bør sådanne fejl, hvor det er muligt, forhindres, og når de opstår, må fejlpunktet hurtigt lokaliseres og elimineres for at forbedre den samlede strømforsyningens reliabilitet.