35kV jakeluverkon yksivaiheinen maajäristyskäsittely

Jakeluverkot: Tärkeä osa sähköjärjestelmiä

Jakeluverkot ovat sähköjärjestelmien tärkeä komponentti. Samaan jännitetasoon kuuluvalla busbarilla on yhdistetty useita jakeluverkoita (sähkön tuontiin tai vientiin), joilla on monia radiaalisesti järjestettyjä haaroja, jotka yhdistyvät jakavirtapiireihin. Nämä muuntimet laskevat sähkön jännitettä alhaiseen tasoon, ja sähkö toimitetaan laajalle loppukäyttäjäryhmälle. Tällaisissa jakeluverkoissa tapahtuu usein vikoja, kuten vaiheiden väliset lyhyyskierrokset, ylikulutus (overload) ja yksivaiheinen maavika. Näistä yksivaiheiset maavikat ovat yleisimpiä, ne edustavat yli 70 prosenttia kaikista järjestelmän vikoista. Lisäksi monet lyhyysvikat kehittyvät yksivaiheisista maavikoista, jotka voivat evätä monivaiheisiin maavikoihin.

Yksivaiheinen maavika tarkoittaa tilannetta, jossa jakeluverkon kolmesta vaiheesta (A, B tai C) minkä tahansa katkeaa ja se putoaa maahan, koskettaa puuja, rakennuksia, telineitä tai tornia, muodostaen johtavan polun maan kanssa. Ne voivat myös aiheutua ukkoskuormasta tai muusta ilmastoehdosta, joka vahingoittaa jakeluvarusteiden eristystä, mikä aiheuttaa merkittävän pudotuksen eristysvastuulle maan suuntaan.

Kun yksivaiheinen maavika tapahtuu pienvirtaisessa maayhdistelmässä, täydellistä viikkoyhdistelyä ei muodostu suoraan. Kondensaattorinen maavirta on paljon pienempi kuin kuorman virta, ja järjestelmän vaihejännitteet pysyvät symmetrisinä, joten sähköntoimitus käyttäjille ei keskeydy heti. Siksi säännöissä sallitaan yhden maavikan kanssa jatkuva toiminta kahden tunnin ajan. Kuitenkin epävirheiden vaihejännite nousee suhteessa maahan, mikä muodostaa uhkan eristyksen kannalta. Siksi linjoja, joilla on olemassa oleva maavika, on nopeasti tunnistettava ja käsiteltävä.

I. Yksivaiheisten maavikojen tunnistaminen 35kV apubussillarissa

Kun yksivaiheiset maavikat, ferroresonanssi, vaiheiden menetykset tai korkeajännitteen sähkökytkentäpiirien (VT) korkeajännitteen räjähtimet tapahtuvat, havaitut ilmiöt voivat olla samankaltaisia, mutta huolellinen analyysi paljastaa selkeitä eroja.

• Yksivaiheinen maavika:
  Alueellinen ja SCADA-järjestelmä antavat signaaleja kuten "35kV bussi maassa" tai "Jousi X aktivoitu." Suojalaitteet eivät käynnisty, mutta ne antavat hälytysmerkkejä. Vainhevonen vaiheen jännite laskee, kun taas muut kaksi vaiheen jännitettä nousevat. VT:n indikaattori heikenee vaurion vaiheessa, kun taas muut kaksi kirkastuvat. Tiiviissä (metalliseen) maavikassa vaurioituneen vaiheen jännite laskee nollaan, ja muut kaksi vaiheen maajännitettä kasvavat √3 kertaa, kun taas vaihejännitteet pysyvät muuttumattomina. VT:n 3V₀ ulosanti on noin 100V, ja harmoninen hillitsijä valahtaa. Jousi kuljettaa virtaa, joka on vastaava kompensointivirta sen napasettelun mukaan. Jos pienvirtainen vikalinjavaltainnointilaitteisto on asennettu, se aktivoituu ja tunnistaa vaurion linjan. Jos vika on alueella, fyysiset merkit kuten näkyvä kaari, savu ja äänet tekevät vian paikan helpommaksi tunnistaa.

• Ferroresonanssi:
  Generoidaan neutraalipisteen siirtymäjännite, joka muuttaa kolmen vaiheen vaihejännitteitä. Yleensä yhden vaiheen jännite nousee, kun taas muut kaksi laskevat, tai päinvastoin, ja vaihejännitteet muuttuvat vastaavasti. Koska neutraalijännite ei ole nolla, virta kulkee jousissa, ja "bussi maassa" -signaalit saattavat esiintyä siirtymäjännitteen suuruuden mukaan.

• Vaihen menetys:
  Vaiheen yläpuolella menetyn vaiheen jännite nousee 1,5 kertaiseksi normaalijännitteestä, kun taas alapuolen jännite laskee nollaan. Vaurion vaiheen virta tulee nollaksi, ja muut kaksi vaiheen jännitettä laskevat hieman. Vaihejännitteet pysyvät muuttumattomina. 3V₀ on noin 50V, jousi kuljettaa virtaa, ja maamerkki annetaan. Käyttäjät raportoivat todennäköisesti sähkökatkokset.

• VT:n korkeajännitteen räjähtimen räjähdys:
  Räjähtyneen vaiheen jännite laskee huomattavasti (yleensä alle puoliksi normaalijännitteestä), kun taas muut vaiheen jännitteet eivät noudata. Vaihejännitteet muuttuvat epätasapainoiseksi. Kaikki ulospäin suuntautuvat piirit bussilla aiheuttavat "jännitepiiri avautuu" -hälytyksen. 3V₀ on noin 33V, ja maamerkki annetaan.

Vaikka nämä neljä olosuhteet – yksivaiheinen maavika, ferroresonanssi, vaihen menetys ja VT:n räjähtimen räjähdys – osoittavat samankaltaisia oireita, perusteellinen analyysi vaihejännitteistä, vaihejännitteistä, 3V₀, jousivirtasta, SCADA-automaatio-signaaleista ja hallintokeskuksen operaattoreiden raporteista voi tarkasti erottaa yksivaiheisen maavikan.

II. 35kV apubussin yksivaiheisen maavikan käsittelyprosessi

Kun 35kV linjan maavika tapahtuu, Wan’an alueellinen 35kV bussi antaa maamerkin. Alueellisen hallintakeskuksen henkilöstöä pitäisi välittömästi ilmoittaa tarkistamaan laitoksessa olevia varusteita ja suojalaitteiden tilaa (mukaan lukien 3V₀ jännite, pienvirtainen vikalinjavaltainnointilaitteiston tila, jousen lämpötila/virta jne.), ja linjaryhmä pitäisi lähettää linjan patroolille. Kun keskusasema vahvistaa maavikan, pitäisi suorittaa linjojen kokeiluajoitus (kokeiluajoitus). Ennen kokeiluajoitusta, kriittisiä käyttäjiä on ilmoitettava. 

Järjestelmissä, joissa ei ole kokeiluajoituslaitteita, voidaan suorittaa etäajoitus SCADA:n kautta, mutta alasuuntainen alueellinen jännite on ensin siirrettävä. Sisäisissä silta-ylitysjärjestelmissä automaattiset siirtokappaleet (ATS) on poistettava käytöstä, jotta ne eivät siirrä vikaa terveille osioille.Kun tietty linja on tunnistettu vikana, sen kuormituksen tulisi priorisoida siirtämiseen ennen kuin vikainen linja otetaan pois käytöstä. Linjaryhmä ja keskusaseman henkilöstöä tulisi ilmoittaa patroolimaan 35kV linjaa ja tarkistamaan 35kV varusteita liittyvässä 35kV alueellisessa.

Vian estääksesi muuttumasta vaiheiden välisten lyhyyskierrosten, jotka voivat aiheuttaa yhtäkkiä sähkökatkokset, vikavarusteiden on nopeasti paikallistettava ja eristettävä. Lisäksi, jousen ylikuumenemisen ja vaurauden estämiseksi, vikavarusteiden tulisi yleensä eristää kahden tunnin sisällä. Jousen lämpötilan nousun on pidettävä alle 55°C. Jos se ylitetään, yksivaiheinen maavika on keskeytettävä välittömästi, ja vikavaruste on kytkettävä pois. Jos maavika jatkuu yli kaksi tuntia, tilanne on raportoitava ylemmälle johtohenkilöstölle.

III. Johtopäätös

Kun yksivaiheinen maavika tapahtuu jakeluverkossa, linjan jännite ja vaihe pysyvät muuttumattomina, mikä sallii lyhytaikaisen toiminnan ilman vikavarusteiden kytkemistä pois. Vaikka tämä parantaa toimituksen luotettavuutta, kaksi terveen vaiheen jännite nousee vaiheen välisten jännitteiden tasolle, lisäämällä eristysromahdusten riskiä ja sitä seuraavia kaksivaiheisia maavikoja. Tämä muodostaa merkittäviä riskejä alueellisten varusteiden ja jakeluverkon turvalliselle ja taloudelliselle toiminnalle. Siksi tällaisia vikoja tulisi estää mahdollisuuksien mukaan, ja niiden tapahtuessa, vian paikan on nopeasti tunnistettava ja poistettava, jotta parannetaan kokonaisvaltaista sähköntoimituksen luotettavuutta.