35kV fördelningsledning ensfasig jordfelshantering

Fördelningslinjer: En viktig komponent i elkraftsystem

Fördelningslinjer är en viktig komponent i elkraftsystem. På samma spänningsnivåbar är flera fördelningslinjer (för inmatning eller utmatning) anslutna, var och en med många grenar ordnade radiellt och kopplade till fördelningsomvandlare. När strömmen har stegats ned till låg spänning av dessa omvandlare levereras den till en mängd slutanvändare. I sådana fördelningsnät inträffar ofta fel som fas-till-fas kortslut, överströmning (överbelastning) och enfas-till-jordfel. Av dessa är enfas-till-jordfel de vanligaste, vilka utgör mer än 70% av alla systemfel. Dessutom uppstår många kortslutfel från enfas-till-jordfel som utvecklas till flerfasiga jordfel.

Enfas-till-jordfel refererar till situationer där någon av de tre faserna (A, B eller C) på en fördelningslinje bryts och faller till marken, kommer i kontakt med träd, byggnader, stolpar eller torn, och bildar en ledande väg med jorden. De kan också orsakas av överspänning från blixt eller andra atmosfäriska förhållanden, vilket skadar isoleringen av fördelningsutrustning, vilket leder till en betydande minskning av isoleringsmotståndet mot jorden.

När ett enfas-till-jordfel inträffar i ett nät med lågströmsjordning bildas inte direkt en fullständig felslinga. Kapacitiva jordningsströmmar är mycket mindre än belastningsströmmen, och systemets linjespänningar förblir symmetriska, så strömförsörjningen till användarna störs inte omedelbart. Därför tillåter reglerna att fortsätta drift med ett jordfel i upp till 2 timmar. Spänningen på de icke-felfaserna stiger dock relativt jorden, vilket utgör en hotbild för isoleringen. Därför måste linjer med befintliga jordfel snabbt identifieras och åtgärdas.

I. Identifiering av enfas-till-jordfel på 35 kV hjälpbussar

När enfas-till-jordfel, ferroresonans, fasförlust eller högspänningsfusfall i spänningsomvandlare (VT) inträffar, kan observerade fenomen likna varandra, men noggrann analys visar tydliga skillnader.

• Enfas-till-jordfel:
  Understationen och SCADA-systemet kommer att ge signaler som "35 kV bus grounding" eller "Böjdröjsel X aktiverad." Reläskyddet trippear inte men utlöser larmsignaler. Fasspänningen för den defekta fasen sjunker, medan de två andra fasernas spänning stiger. VT-indikatorlampan för den defekta fasen blir svagare, medan de andra två ljusnar. Vid ett solid (metalliskt) jordfel sjunker den defekta fasens spänning till noll, och de andra två fas-till-jordspänningsena ökar med √3 gånger, medan linjespänningsnivåerna förblir oförändrade. VT:s 3V₀-utdata läser ca 100 V, och harmoniskt undertryckningsljuset tänds. Böjdröjseln bär ström, motsvarande dess trimningsinställning. Om en litenströmsfelslinjeidentifierare är installerad, aktiveras den och identifierar den defekta linjen. Om felet ligger inom stationen, ger fysiska tecken som synligt båge, rök och höga elektriska ljud möjlighet att enklare identifiera felets plats.

• Ferroresonans:
  En neutralpunktsförskjutningsspänning genereras, vilket ändrar de trefasiga fas-spänningarna. Vanligtvis ökar en fas-spänning medan de två andra minskar, eller vice versa, och linjespänningarna ändras därefter. Eftersom neutralspänningen är nollskild, flödar ström genom böjdröjseln, och "bus grounding"-signal kan dyka upp beroende på förskjutningsspännningens storlek.

• Fasförlust:
  Spänningen på den uppsidans sida av den förlorade fasen ökar till 1,5 gånger normal spänning, medan nedströmspänningen sjunker till noll. Strömmen i den defekta fasen blir noll, och de andra två fasernas spänning minskar något. Linjespänningarna förblir oförändrade. 3V₀ läser ca 50 V, böjdröjseln bär ström, och en jordningssignal ges. Användare rapporterar troligen strömavbrott.

• Högspänningsfusfall i VT:
  Den brända fasens spänning sjunker kraftigt (vanligtvis under hälften av normal fas-spänning), medan de andra fasernas spänning inte stiger. Linjespänningarna blir obalanserade. Alla utgående kretsar på bussen utlöser en "voltage circuit open"-larm. 3V₀ läser ca 33 V, och en jordningssignal ges.

Även om dessa fyra tillstånd - enfas-till-jord, ferroresonans, fasförlust och VT-fusfall - visar liknande symptom, kan en noggrann analys av fas-spänning, linjespänning, 3V₀, böjdröjselström, SCADA-automatiserings-signaler och rapporter från kontrollcentralens operatörer exakt skilja ett enfas-till-jordfel.

II. Hantering av 35 kV hjälpbuss enfas-till-jordfel

När ett 35 kV-linje jordfel inträffar, ger Wan’an-stationens 35 kV-buss en jordningslarm. Personal vid centralstationen bör omedelbart informeras för att inspektera utrustning och skyddsstatus inom stationen (inklusive 3V₀-spänning, status för litenströmsfelslinjeidentifierare, böjdröjseltemperatur/ström, etc.), och linjeoperationsteamet bör skickas ut för linjeinspektion. Efter att ha fått feedback från centralstationen som bekräftar ett jordfel, ska linjebyten (provtrippar) utföras. Innan provtrippar, måste kritiska användare informeras. 

För system utan provtripputrustning är det möjligt att utföra fjärrtrippar via SCADA, men belastningen vid nedre stationer måste först överföras. I system med interna brokopplingar måste automatiserade överföringsväxlar (ATS) inaktiveras för att förhindra att de överför felet till friska delar.När en specifik linje har identifierats som defekt, bör prioritet ges till överföring av dess belastning innan den defekta linjen tas ur drift. Linjeoperationsteamet och personal vid centralstationen bör sedan informeras för att patrullera 35 kV-linjen och inspektera 35 kV-utrustning inom den associerade 35 kV-stationen. 

För att förhindra att felet utvecklas till ett fas-till-fas kortslut, vilket kan orsaka plötsliga strömavbrott, måste defekt utrustning snabbt lokaliseras och isoleras. Dessutom, för att förhindra överhettning och skada på böjdröjseln, bör den defekta utrustningen generellt isoleras inom 2 timmar. Böjdröjselns temperaturhöjning bör övervakas och hållas under 55°C. Om detta överskrids, måste enfas-till-jorddrift stoppas omedelbart, och den defekta utrustningen kopplas från. Om jordningsförhållandet fortgår mer än 2 timmar, måste situationen rapporteras till högre ledning.

III. Slutsats

När ett enfas-till-jordfel inträffar på en fördelningslinje, förblir linjens spänningsstorlek och fas oförändrade, vilket gör att korttidsfortsatt drift är möjligt utan att koppla ifrån den defekta utrustningen. Även om detta förbättrar leveranssäkerheten, stiger spänningen på de två friska faserna till linje-till-linje-nivåer, vilket ökar risken för isoleringsbrott och efterföljande tvåfas-till-jord kortslut. Detta innebär betydande risker för säker och ekonomisk drift av stationsekipagemang och fördelningsnät. Därför bör sådana fel förebyggas där det är möjligt, och när de inträffar, måste felets plats snabbt lokaliseras och elimineras för att förbättra den totala strömförsörjningens pålitlighet.