李岚鑫
新疆输油气分公司生产技术科
摘要：西部管道35kV供电系统采用中性点非有效接地运行方式，即小电流接地系统。小电流接地系统中单相接地故障是常见的故障形式，约占全部故障的80%。当发生单相接地故障时故障相电压为零，非故障相电压上升为线电压，但是三相线电压依然对称，可以保证对设备的连续供电，且故障相接地电流小。但当系统内容性或感性接地电流过大时，系统中容易发生孤光接，会引起系统内谐振，产生很高的故障电压，对系统及系统内运行设备造成大的影响。
关键词：小电流接地系统；弧光接地。
1．概述
西部管道新疆分公司现有6座站场为35kV供电系统。自投运以来频繁出现保险熔断、电缆头炸裂、避雷器击穿等故障。其中保险熔断频率高达每月1-2次，避雷器炸裂2次，2平均每年会发生1到2次电缆头击穿故障。在对故障排查过程中发现，每次发生类似故障时，背景电网系统都会伴随有系统接地故障的发生。
根据故障原因本文在研究分析各种接地故障的原理上，提出对应的弧光接地过电压故障预防与处理措施。
2．单相接地故障研究
2.1新疆输油气分公司故障统计
2013年至今，新疆输油气分公司所辖站场电缆头、避雷器炸裂故障统计如下：
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从故障统计来看，新疆输油气分公司所辖的了墩站出现避雷器击穿、电缆头击穿等严重故障的机率较高，这与了墩压气站35kV变电所所处的电网系统有关。为了能够清晰反映当系统中出现接地故障对我方系统和设备的影响，我们着重对了墩压气站的故障现象进行分析。
2.2了墩压气站所处区域的电网系统架构
了墩压气站电源引自柳树泉变电站。柳树泉变电站作为该区域重要的110kV电站，目前建成2*40MVA主变，容量比为100/100/100。110kV母线为单母线分段接地，出线6回，已建成3回。35kV母线为单母线分段接线，目前已全部建成7回出线，线路总长200kM（不含线路部分电缆）。
从柳树泉变电所35kV系统架构来看，系统中输电线路较长，系统中的容性接地电流较大。根据理论计算，柳树泉变电所35kVI、II段容性接地电流分别为：201.9A和21.6A。为了消除容性接地电流过大对系统造成的影响，国网公司在35kV侧配置了一套消弧线圈，消弧线圈容量为1100Kva。
但此种消弧线圈的配置方式无法满足现场需求，主要存在以下两个问题：1、一台消弧线圈无法满足两段母线同时运行的要求，在补偿了一段母线后，另一段母线无法得到有效补偿；2、现有消弧线圈通过档位调整补偿容量，当设备存在切换故障或消弧线圈自身阻尼特性不满足要求会导致消弧线圈出现欠补或者过补的问题。
2.3了墩压气站避雷器炸裂故障分析
通过对上一节了墩压气站供电系统架构的分析，发现了墩压气站所处的电网系统极易出现弧光接地过电压故障，下面我们通过一次具体的故障过程，分析当系统中出现弧光接地时的现象，从而找出致使设备损坏的成因。
2017年4月18日，了墩压气站出现了一次避雷器炸裂故障，本次故障影响范围较大。西三线环网柜中两相避雷器炸裂，进线柜中一相避雷器炸裂。
从PT柜上保护装置记录的数据来看，系统自8点17分开始出线了接地故障，故障发生过程中，一直在于金属性接地、高阻接地和弧光接地状态间不断转变。由此可以分析出系统内故障点一直处于不断拉弧的状态。发生此类故障时，系统中产生了谐振，系统内产生了很高的故障电压，后台监测的最高国电压值为45kV。电压超限后，系统内的避雷器（41.5kV连续运行10秒）作为抑制电压的保护设备，当超过阈值时导通。当故障电压值和持续时间超出避雷器运行参数时，避雷器发生了炸裂故障，设备内部绝缘损坏，设备内部出线拉弧短路，断路器经过流保护跳闸。
2.4 PT保险熔断分析
在35kV系统发生接地故障后，很容易发生PT保险熔断故障，文章前部分提到站内保险熔断故障每月都会发生。中性点不接地系统中，母线上Y0接线的PT一次绕组将成为该电网对地唯一金属性通道。单相接地故障消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个放电的过渡过程。试验测得此时常常有最高幅值达数安培至数十安的低频振荡电流通过PT，此电流有可能将PT高压熔丝(0.5A)熔断。
当系统发生单相接地故障时，正常相的电压升高到线电压，系统电容存储电荷重新分配，故障持续，电荷以接地点为通道组成大地和导线间流通。形成系统电容电流。当故障消失时，由于接地点的断开，电荷释放通道被断开。而中性点不接地系统的PT中性点成为电荷释放的唯一通道，PT一次侧流过较大冲击电流导致PT严重饱和形成低频震荡和涌流，从而使熔丝烧毁严重时导致PT烧毁。
当35kV供电系统容性接地电流超出国标要求范围（国标要求容性接地电流需要小于10A），系统中很容易发生弧光接地故障，由于系统呈现的特性，系统发生弧光接地后无法灭弧，使得系统反复出现弧光接地故障，引起系统谐振，产生很高的电压故障。当系统发生接地故障后，在接地故障消失的瞬间，由于电压互感器的低频振荡，PT一次侧会出现很高的一次电流，会造成保险的熔断，若反复出现类似故障，可能会引起PT高压绕组烧毁。
3．解决办法和措施
3.1弧光接地过电压的防护与治理
如要从根本上解决这一问题，需要在上级变电所对存在问题的电网系统进行补偿。消弧线圈可有效的补偿不接地系统对地电容电流，防止出现弧光挂电压故障的发生。在系统消弧线圈容量满足的情况下，补偿方式原则上采用过补偿的方式；只有在消弧线圈容量不足时，可以容许在一定时间内采用欠补偿方式过度，但脱谐度不宜超过-10％，应避免出现全补偿运行方式。消弧线圈在系统正常运行情况下，中性点的长时间电压唯一不应超过系统标称电压的15％。发生事故时不应超过相电压的100％；当系统发生单相接地故障时允许运行2h。
消弧装置的配置和运行国网公司有统一的要求，若现无法满足补偿的要求，需要对设备进行改造和升级。站内避雷器采用低残压避雷器，底残压避雷器可以有效降低故障时系统内的故障电压，满足电气设备绝缘配比要求；站内设置电压保护定值，当系统电压超限后，延时跳开进线断路器，切断故障源；电压互感器设备应采用全电压互感器，提高电压互感器的磁饱和水平；站内部分尽量不使用复合绝缘设备，减少故障发生时在设备内部的热量聚集。
3.2 PT保险熔断故障防护与治理
在PT的一次中性点通过电阻（线性或非线性电阻）接地，能有效的起到阻尼和限流的作用，从保护效果来说，阻值越大越明显。但中性点电阻的引入会带来相电压和零序电压的测量误差，从这点来讲又希望这个阻值越小越好。因此中性点电阻的阻抗匹配有一定的要求，在足以阻尼谐振的前提下尽量取小阻值。由于碳化硅非线性电阻的伏安曲线可以调整到与PT伏安曲线相近，即保证了动态下的阻抗匹配，因此非线性电阻消谐成了一个比较理想的解决方案。
4．结束语
35kV系统弧光接地会对系统造成很大影响，在变电所的设计过程中应充分考虑现有背景电网的架构，力求能够在源头通过补偿的方式解决系统中存在的问题，若系统问题无法解决，站内的设计运行过程中应考虑到这一因素，在设备选型，定值设定方面采取对应的措施。对于现已建成的站场，应对现有的系统进行评估，采取相应的措施减少此类问题的发生，并对站内的设备进行一定程度的技术改造，用于提升设备运行的可靠性。