35kV-verdelingslijn eenfase aardingsschade afhandeling

Verdelingsleidingen: Een Belangrijk Onderdeel van Elektriciteitsnetwerken

Verdelingsleidingen zijn een belangrijk onderdeel van elektriciteitsnetwerken. Op dezelfde busbar met hetzelfde spanningniveau worden meerdere verdelingsleidingen (voor in- of uitvoer) verbonden, elk met talrijke vertakkingen die radiaal zijn gerangschikt en gekoppeld aan distributietransformatoren. Nadat de stroom door deze transformatoren is teruggebracht naar een lage spanning, wordt elektriciteit geleverd aan een breed scala aan eindgebruikers. In dergelijke distributienetwerken komen vaak fouten voor zoals fase-tot-fase kortsluitingen, overstroom (overbelasting) en enkelvoudige fase-naar-aarde fouten. Onder deze fouten zijn enkelvoudige fase-naar-aarde fouten de meest voorkomende, goed voor meer dan 70% van alle systeemfouten. Bovendien ontwikkelen veel kortsluitingfouten zich uit enkelvoudige fase-naar-aarde fouten die uiteindelijk uitgroeien tot meervoudige fase-aarde fouten.

Enkelvoudige fase-naar-aarde fouten verwijzen naar situaties waarbij één van de drie fasen (A, B of C) op een verdelingsleiding breekt en valt op de grond, contact maakt met bomen, gebouwen, palen of torens, waardoor een geleidende weg met de aarde wordt gevormd. Ze kunnen ook ontstaan door overspanning veroorzaakt door bliksem of andere atmosferische omstandigheden, die de isolatie van distributieapparatuur beschadigen, waardoor de isolatieweerstand ten opzichte van de aarde aanzienlijk afneemt.

Wanneer er een enkelvoudige fase-naar-aarde fout optreedt in een laag-stroomaardingssysteem, wordt er geen volledige foutlus direct gevormd. De capacitaire aardingstroom is veel kleiner dan de belastingsstroom, en de lijnspanningen blijven symmetrisch, zodat de energielevering aan gebruikers niet onmiddellijk wordt onderbroken. Daarom staat de regelgeving toe dat er maximaal 2 uur met één aardefout kan worden doorgewerkt. Echter, de spanning op de niet-gefaald fasen neemt toe ten opzichte van de aarde, wat een bedreiging vormt voor de isolatie. Daarom moeten lijnen met een bestaande aardefout snel worden geïdentificeerd en aangepakt.

I. Identificatie van Enkelvoudige Fase-naar-Aarde Fouten op 35kV Hulpbusbars

Wanneer enkelvoudige fase-naar-aarde fouten, ferroresonantie, faseverlies of hoogspanningsveiligers van stroomtransformators (VT's) springen, kunnen de waargenomen verschijnselen vergelijkbaar zijn, maar een zorgvuldige analyse onthult duidelijke verschillen.

• Enkelvoudige Fase-naar-Aarde Fout:
  De substation en SCADA-systeem zullen signalen uitsturen zoals “35kV busbar aarding” of “Boogonderdrukkingsspoel Nr. X geactiveerd.” Het relaisbeveiligingssysteem treedt niet in werking, maar activeert alarmsignalen. De spanning van de gefaald fase daalt, terwijl de spanning van de andere twee fasen stijgt. Het VT-indicatorlicht voor de gefaald fase wordt dof, terwijl de andere twee helderder worden. Bij een vaste (metaalachtige) aardefout daalt de spanning van de gefaald fase tot nul, en de andere twee fase-naar-aarde spanningen nemen √3 keer toe, terwijl de lijnspanningen onveranderd blijven. De VT's 3V₀-uitgang leest ongeveer 100V, en het harmonische onderdrukkingslicht gaat aan. De boogonderdrukkingsspoel draagt stroom, gelijk aan de compensatiestroom die overeenkomt met de tapinstelling. Als er een kleine-stroomfoutlijnselecteur is geïnstalleerd, zal deze activeren en de gefaald lijn identificeren. Als de fout binnen de substation ligt, maken fysieke tekens zoals zichtbare booging, rook en luide elektrische geluiden het makkelijker om het foutpunt te identificeren.

• Ferroresonantie:
  Er wordt een neutraal puntverschuivingsspanning gegenereerd, waardoor de driefasefase-spanningen veranderen. Gewoonlijk neemt de spanning van één fase toe, terwijl de andere twee afnemen, of vice versa, en de lijnspanningen veranderen hierdoor ook. Aangezien de neutrale spanning niet nul is, stroomt er stroom door de boogonderdrukkingsspoel, en kunnen “busbar aarding” signalen verschijnen, afhankelijk van de grootte van de verschuivingsspanning.

• Faseverlies:
  De spanning aan de upstream zijde van de verloren fase stijgt tot 1,5 keer de normale spanning, terwijl de downstream spanning tot nul daalt. De stroom in de gefaald fase wordt nul, en de andere twee fase-spanningen nemen licht af. De lijnspanningen blijven onveranderd. 3V₀ leest ongeveer 50V, de boogonderdrukkingsspoel draagt stroom, en er wordt een aardesignaal uitgestuurd. Gebruikers melden waarschijnlijk stroomuitval.

• VT Hoogspanningsveiliger Springt:
  De spanning van de gesprongen fase daalt aanzienlijk (meestal beneden de helft van de normale fase-spanning), terwijl de andere fase-spanningen niet stijgen. De lijnspanningen worden onevenwichtig. Alle uitgaande circuits op de busbar activeren een “spanningscircuit open” alarm. 3V₀ leest ongeveer 33V, en er wordt een aardesignaal uitgestuurd.

Hoewel deze vier condities—enkelvoudige fase-naar-aarde, ferroresonantie, faseverlies en VT veiliger springt—soortgelijke symptomen vertonen, kan een grondige analyse van fase-spanning, lijnspanning, 3V₀, boogonderdrukkingsspoelstroom, SCADA-automatiseringssignalen en rapporten van controlekameroperateurs een enkelvoudige fase-naar-aarde fout nauwkeurig onderscheiden.

II. Afhandelingsproces voor 35kV Hulpbus Enkelvoudige Fase-naar-Aarde Fouten

Wanneer er een 35kV lijnaarding fout optreedt, geeft de 35kV busbar van de Wan’an-substation een aardingalarm. Personeel bij het centrale controlestation moet onmiddellijk worden geïnformeerd om in-station apparatuur en beveiligingsstatus te inspecteren (inclusief 3V₀ spanning, status van kleine-stroomfoutlijnselecteur, temperatuur/stroom van de boogonderdrukkingsspoel, etc.), en het lijnoperatieteam moet worden gestuurd voor lijnpatrouille. Na ontvangst van feedback van het centrale station dat er een aardefout is, moeten proefschakelingen (proefuitval) van lijnen worden uitgevoerd. Voordat proefschakelingen worden uitgevoerd, moeten kritieke gebruikers worden geïnformeerd. 

Voor systemen zonder proefschakelingstoestellen kan via SCADA externe schakeling mogelijk zijn, maar eerst moeten de belastingen van de downstream substations worden overgedragen. In systemen met interne brugverbindingen moeten automatische overdrachtsschakelaars (ATS) worden uitgeschakeld om te voorkomen dat ze de fout naar gezonde secties overdragen.Zodra een specifieke lijn als gefaald is geïdentificeerd, moet prioriteit worden gegeven aan het overdragen van de belasting ervan voordat de gefaald lijn buiten dienst wordt genomen. Het lijnoperatieteam en personeel van het centrale station moeten vervolgens worden geïnformeerd om de 35kV lijn te patrouilleren en de 35kV apparatuur binnen de betrokken 35kV substation te inspecteren. 

Om te voorkomen dat de fout uitgroeit tot een fase-tot-fase kortsluiting, wat plotselinge stroomuitval kan veroorzaken, moet de gefaald apparatuur snel worden geïdentificeerd en geïsoleerd. Bovendien, om oververhitting en beschadiging van de boogonderdrukkingsspoel te voorkomen, moet de gefaald apparatuur in het algemeen binnen 2 uur worden geïsoleerd. De temperatuurstijging van de spoel moet worden gemeten en onder 55°C gehouden. Indien dit overschreden wordt, moet de enkelvoudige fase-naar-aarde operatie onmiddellijk worden gestopt, en de gefaald apparatuur worden losgekoppeld. Als de aardingstoestand langer dan 2 uur aanhoudt, moet de situatie aan het hogere management worden gerapporteerd.

III. Conclusie

Wanneer er een enkelvoudige fase-naar-aarde fout optreedt op een verdelingslijn, blijven de lijnspanningsgrootte en -fase onveranderd, waardoor er tijdelijk kan worden doorgewerkt zonder de gefaald apparatuur te ontkoppelen. Hoewel dit de betrouwbaarheid van de levering verbetert, stijgt de spanning op de twee gezonde fasen naar lijn-naar-lijnniveaus, wat het risico op isolatiebreuk en vervolgens twee fase-naar-aarde kortsluitingen verhoogt. Dit brengt aanzienlijke risico's met zich mee voor de veilige en economische werking van substation-apparatuur en het distributienetwerk. Daarom moeten dergelijke fouten indien mogelijk worden voorkomen, en wanneer ze optreden, moet het foutpunt snel worden geïdentificeerd en geëlimineerd om de algehele betrouwbaarheid van de stroomlevering te verhogen.