35kV-Verteilungsleitung Einphasen-Erdschlussbehebung

Verteilungsleitungen: Ein wesentlicher Bestandteil von Energieversorgungssystemen

Verteilungsleitungen sind ein wichtiger Bestandteil von Energieversorgungssystemen. An der gleichen Spannungsebene werden mehrere Verteilungsleitungen (für Eingang oder Ausgang) angeschlossen, die jeweils zahlreiche radial angeordnete Verzweigungen haben und mit Verteilungstransformatoren verbunden sind. Nachdem die Spannung durch diese Transformatoren auf eine niedrigere Spannung heruntergestuft wurde, wird Elektrizität einem breiten Spektrum von Endverbrauchern zur Verfügung gestellt. In solchen Verteilnetzen treten häufig Fehler wie Phasen-zu-Phasen-Kurzschlüsse, Überstrom (Überlast) und Einphasen-Leitungsfehler auf. Unter diesen ist der Einphasen-Leitungsfehler am häufigsten, er macht über 70% aller Systemfehler aus. Darüber hinaus entwickeln sich viele Kurzschlussfehler aus Einphasen-Leitungsfehlern, die sich in Mehrphasen-Erdschlüsse auswachsen.

Einphasen-Leitungsfehler beziehen sich auf Situationen, in denen eine der drei Phasen (A, B oder C) einer Verteilungsleitung bricht und zu Boden fällt, Kontakt mit Bäumen, Gebäuden, Masten oder Türmen hat und so einen leitenden Pfad mit dem Erdboden bildet. Sie können auch durch Überspannungen verursacht werden, die durch Blitzschlag oder andere atmosphärische Bedingungen entstehen, was die Isolierung der Verteilungsausrüstung beschädigt und zu einem signifikanten Abfall des Isolationswiderstands gegenüber Erde führt.

Wenn ein Einphasen-Leitungsfehler in einem System mit geringer Erdschlussströme auftritt, wird kein vollständiger Fehlerschleifendirekt gebildet. Die kapazitive Erdschlussströme sind viel kleiner als der Laststrom, und die Leitungsspannungen bleiben symmetrisch, so dass die Stromversorgung für die Verbraucher nicht sofort unterbrochen wird. Daher erlauben Vorschriften den Betrieb mit einem Erdschlussfehler für bis zu 2 Stunden. Allerdings steigt die Spannung der fehlerfreien Phasen relativ zur Erde, was eine Bedrohung für die Isolierung darstellt. Daher müssen Leitungen mit bestehenden Erdschlussfehlern schnell identifiziert und behandelt werden.

I. Identifikation von Einphasen-Leitungsfehlern an 35kV Hilfsbusbars

Bei Einphasen-Leitungsfehlern, Ferroresonanz, Phasenausfällen oder Durchbrüchen von Hochspannungs-Sicherungen in Spannungswandlern (VTs) können die beobachteten Phänomene ähnlich sein, aber eine sorgfältige Analyse zeigt deutliche Unterschiede.

• Einphasen-Leitungsfehler:
  Die Umspannanlage und das SCADA-System geben Signale wie "35kV-Busbar Erdung" oder "Bogenlöschspule Nr. X aktiviert" aus. Der Relaisenschutz löst nicht aus, sondern gibt Warnsignale aus. Die Spannung der defekten Phase sinkt, während die Spannung der anderen beiden Phasen steigt. Das Indikatorlicht des VT für die defekte Phase wird schwächer, während die der anderen beiden heller werden. Bei einem festen (metallischen) Erdschluss fällt die Spannung der defekten Phase auf Null, und die Spannung der anderen beiden Phasen zum Erdboden erhöht sich um √3-mal, während die Leitungsspannungen unverändert bleiben. Der 3V₀-Ausgang des VT liest etwa 100V, und das Harmonische-Unterdrückungslicht leuchtet. Die Bogenlöschspule trägt Strom, der dem Kompensationstrom entsprechend ihrer Stufeneinstellung entspricht. Ist ein Kleinstrom-Fehlerliniensuchgerät installiert, wird es aktiviert und die defekte Leitung identifiziert. Wenn der Fehler innerhalb der Umspannanlage liegt, machen physische Anzeichen wie sichtbare Bögen, Rauch und laute elektrische Geräusche die Fehlerstelle leichter zu identifizieren.

• Ferroresonanz:
  Es wird eine Verschiebungsspannung am neutralen Punkt erzeugt, die die Drei-Phasen-Spannungen ändert. Typischerweise steigt die Spannung einer Phase, während die der anderen beiden abnimmt, oder umgekehrt, und die Leitungsspannungen ändern sich entsprechend. Da die neutrale Spannung nicht Null ist, fließt Strom durch die Bogenlöschspule, und je nach Größe der Verschiebungsspannung können "Busbar Erdung"-Signale erscheinen.

• Phasenausfall:
  Die Spannung auf der Oberseite der ausgefallenen Phase steigt auf 1,5-mal die normale Spannung, während die Spannung auf der Unterseite auf Null fällt. Der Strom in der defekten Phase wird Null, und die Spannung der anderen beiden Phasen nimmt leicht ab. Die Leitungsspannungen bleiben unverändert. 3V₀ liest etwa 50V, die Bogenlöschspule trägt Strom, und ein Erdungssignal wird ausgelöst. Benutzer melden wahrscheinlich Stromausfälle.

• Durchbruch der Hochspannungs-Sicherung im VT:
  Die Spannung der durchgebrannten Phase fällt erheblich (in der Regel unter die Hälfte der normalen Phasenspannung), während die Spannung der anderen Phasen nicht steigt. Die Leitungsspannungen werden ungleichmäßig. Alle Ausgänge am Busbar lösen ein "Spannungsschaltkreis offen"-Warnsignal aus. 3V₀ liest etwa 33V, und ein Erdungssignal wird ausgelöst.

Obwohl diese vier Zustände – Einphasen-Leitung, Ferroresonanz, Phasenausfall und Durchbruch der Hochspannungs-Sicherung im VT – ähnliche Symptome zeigen, kann eine gründliche Analyse der Phasenspannungen, Leitungsspannungen, 3V₀, Bogenlöschspulenstrom, SCADA-Automatisierungssignale und Berichte der Kontrollraumoperatoren einen Einphasen-Leitungsfehler genau unterscheiden.

II. Behandlungsprozess für Einphasen-Leitungsfehler an 35kV Hilfsbusbars

Bei einem 35kV-Leitungserdschlussfehler gibt die 35kV-Busbar der Umspannanlage Wan’an ein Erdungsalarm aus. Das zentrale Kontrollzentrum sollte unverzüglich benachrichtigt werden, um die Ausrüstung und den Schutzstatus (einschließlich 3V₀-Spannung, Status des Kleinstrom-Fehlerliniensuchgeräts, Temperatur/Strom der Bogenlöschspule usw.) zu inspizieren, und das Leitungsbetriebspersonal sollte für eine Leitungspatrouille entsandt werden. Nachdem vom zentralen Kontrollzentrum der Erdschluss bestätigt wurde, sollten Versuchsabschaltungen (Versuchsausschaltungen) von Leitungen durchgeführt werden. Vor der Versuchsabschaltung müssen kritische Nutzer benachrichtigt werden. 

Für Systeme ohne Versuchsabschaltvorrichtungen ist eine Fernabschaltung über SCADA möglich, aber die Lasten an den untergeordneten Umspannanlagen müssen zuerst übertragen werden. In Systemen mit internen Brückenverbindungen müssen automatische Umschalter (ATS) deaktiviert werden, um zu verhindern, dass sie den Fehler auf gesunde Abschnitte übertragen.Sobald eine bestimmte Leitung als defekt identifiziert wurde, sollte die Last dieser Leitung vorrangig übertragen werden, bevor die defekte Leitung außer Betrieb genommen wird. Das Leitungsbetriebspersonal und das Personal des zentralen Kontrollzentrums sollten dann benachrichtigt werden, um die 35kV-Leitung zu patrouillieren und die 35kV-Ausrüstung in der zugehörigen 35kV-Umspannanlage zu inspizieren. 

Um zu verhindern, dass der Fehler in einen Phasen-zu-Phasen-Kurzschluss übergeht, der plötzliche Stromausfälle verursachen könnte, muss defekte Ausrüstung schnell gefunden und isoliert werden. Darüber hinaus muss, um ein Überhitzen und Beschädigen der Bogenlöschspule zu vermeiden, die defekte Ausrüstung in der Regel innerhalb von 2 Stunden isoliert werden. Die Temperatursteigerung der Spule sollte überwacht und unter 55°C gehalten werden. Wenn dies überschritten wird, muss der Einphasen-Leitungsbetrieb sofort eingestellt und die defekte Ausrüstung getrennt werden. Wenn der Erdschlusszustand länger als 2 Stunden andauert, muss die Situation dem höheren Management gemeldet werden.

III. Schlussfolgerung

Wenn ein Einphasen-Leitungsfehler an einer Verteilungsleitung auftritt, bleiben die Leitungsspannung und -phase unverändert, was einen kurzfristigen Betrieb ohne Trennung der defekten Ausrüstung ermöglicht. Obwohl dies die Versorgungszuverlässigkeit verbessert, steigt die Spannung der beiden gesunden Phasen auf die Leitung-zu-Leitung-Spannung, was das Risiko eines Isolationsdurchbruchs und anschließender Zweiphasen-Erdschlüsse erhöht. Dies stellt erhebliche Risiken für die sichere und wirtschaftliche Betriebsführung der Umspannanlagen und des Verteilnetzes dar. Daher sollten solche Fehler, wo immer möglich, verhindert werden, und wenn sie auftreten, muss der Fehlerpunkt schnell identifiziert und beseitigt werden, um die Gesamtversorgungszuverlässigkeit zu erhöhen.