电路接地对源端变电站接地系统的影响
当故障电流从变电站接地网进入地面时,接地网不再被视为等电位体,会导致一定的电位梯度分布,地电位升会形成各种电位差,变电站接地网电位分布不均匀会导致内部电位转移问题。
地电位升通过各种连接导体(如电缆金属护层、管道、轨道等)转移到地电位较低的地方,或通过连接导体将较低的地电位转移到地电位较高的地方,导致连接导体与周围地球之间的电位差,即转移电位(或转移电位)。转移电位问题包括高电位引出和低电位引入,GB/T50065-2011年《交流电气装置接地设计规范》第4号.3.第三条第四款提出了防止转移电位造成危害的隔离措施,在实践中更好地解决了变电站内外转移电位的风险;然而,相关研究和实践对变电站内部转移电位的重视较少。
当线路发生单相接地故障时,故障电流需要回流电源端变电站。考虑到阻抗问题,故障电流通过避雷线回流到变电站出线架接地引下线,注入接地网,然后收集到中性点接地运行的变压器接地引下线,最后回到故障阶段的变压器绕组。当变电站钢大型接地网流过短路电流时,不再被视为等电位体。沿水平接地网产生较大的电位梯度,导致网内电位差,随着电流频率的增加,电位分布不均匀性增加。电流注入接地网或流出接地网,绝对电位值最高,也是网内电位梯度最高的地方。一般变电站变压器只有一个中性点接地运行。当接地故障发生在站内或站外时,接地运行变压器的中性点会流过故障电流(中性点回流),这是站内电位梯度最高的地点之一。
如果接地运行的变压器有良好的导体延伸线,或者变电站电源线或低压线的参考电位来自站变压器接地网,理论上会引入站内转移电位问题。本研究以变压器色谱在线监测系统输油管漏油事件、变电站草地火灾事件、中性点接地刀闸二次保护系统故障为例,采用CDEGS软件,构建输电线路和接地网模型,对临时电位升不均匀分布进行模拟计算分析,指出变电站内临时电位升可能形成较高的转移电位差,给站内绝缘弱点带来运行风险,提出有针对性的隔离和改善电气完整性等预防措施。
1、电路接地对源端变电站接地系统的影响
本研究所列出的接地运行变压器引起转移电位差,导致油色谱装置输油管道燃烧漏油,变电站内部参考电位引起转移电位差,导致火花放电草地起火,临时电位升高风险点引起接地系统故障,是电路接地故障对源变电站接地系统影响的典型事件,虽然属于电路接地故障、网络电位差、站内转移电位、导体距离、放电条件等不利因素造成的小概率事件,但变电站外部电路接地故障引起的网络电位差问题较为普遍。
变电站外部线路接地对源端变电站接地系统的影响体现在两个方面:一是增加故障电流电路接地体临时电位上升的风险;二是变电站接地网转移电位带来的临时电位差风险,对平均电压、电气完整性和绝缘提出了更高的要求。
当大型接地网通过故障电流时,不能再被视为等电位体,特别是钢接地网。由于接地体的大电位梯度,接地网可能形成较高的电位差,带来二次系统绝缘和信号骚扰风险;另一方面,变电站电源线或低压线的参考电位可能来自接地网的某一点(如站变电站接地网)。跨越一定距离后,将引入站内转移电位问题。
从理论上讲,转移电位对设备和人身安全的影响可以从三个方面来解决:(1)限制地电位升。地电位升属于散流范畴。注重促进接地网散流将涉及阻力降低、成本高、技术经济性差。(2)改善平均压力。网络中的电位差属于平均压力范畴。更重要的是要注意地电位差的影响,通过加密接地网格、增加地网连接性、选择铜导体等均匀电位分布。(3)加强隔离。通过加强隔离,也可以解决站内转移电位的风险,是一种更经济有效的方法。
为消除线路接地对源端变电站接地系统的不利影响,不仅要遵循相关标准(如GB/T50065)-2011年《交流电气设备接地设计规范》)做好车站内外隔离工作,还需要采取车站内转移电位的隔离措施。变电站内部可能成为故障电流回流路径,临时电位上升较高的接地引线(如避雷线接地引线、变压器中性点接地引线等)。属于站内转移电位危害的高风险点,应重点检查整改。除加强与主接地网连接的电气导通性外,还应与站内低压线路、草坪保持足够的距离,或在接地引线下安装绝缘套管,延长引线金属导体(如油色谱在线监测装置的输油管道)与沿线金属接地体之间的隔离。
2、结论线路接地对源端变电站接地系统的影响
输电线路接地故障的短路电流将回流到电源端变电站接地网,产生较高的临时电位差和内部转移电位差。除了增加故障电流电路上接地体临时电位升高的风险外,接地网转移电位带来的临时电位差风险还可能导致接地系统问题,对接地网的均压、电气完整性和绝缘提出了较高的要求。
变电站内部可能成为故障电流回流路径,临时电位上升较高的接地引下线(如避雷线接地引下线、变压器中性点接地引下线等)是站内转移电位危害的高风险点。
接地运行变压器引起转移电位差,导致油色谱装置输油管道燃烧泄漏,变电站内部参考电位引起转移电位差,导致火花放电草点火灾,临时电位风险点引起接地系统故障,是电路接地故障对源变电站接地系统的典型事件,问题普遍存在。
以典型的变压器色谱在线监测系统输油管漏油事件和变电站草地火灾事件为例,CDEGS软件建模计算结果表明,电路故障期间源变电站网暂态转移电位差可达到千伏水平,触发火花放电或绝缘穿透条件,给车站绝缘弱点带来运行风险。
变电站转移电位对设备和人身安全的影响可以通过限制地电位升、改善平均压力和加强隔离来解决,其中后者是一种更经济、更有效的方法。
对于站内转移电位危害的高风险点(如避雷线接地引线、变压器中性点接地引线等),应加强与主接地网连接的电气导通性,并对站内转移电位进行隔离(与站内低压线保持足够的距离,做好低压线管理),做好延长引线外的金属导体(如油色谱在线监测装置的输油管道)沿线隔离工作。此外,应加强对上述高风险点的日常检查。
结语
输电线路接地故障的短路电流回流将在源端变电站接地网上产生较高的临时电位差和内部转移电位差,可能导致接地系统问题,对接地网的平均电压、电气完整性和绝缘提出较高的要求。
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