1? 引言
大藤峽水利樞紐工程是國務(wù)院批準(zhǔn)的珠江流域防洪控制性樞紐工程,也是珠江—西江經(jīng)濟(jì)帶和“西江億噸黃金水道”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)志性工程。工程位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峽出口處弩灘上,屬于紅水河梯級規(guī)劃中*末一個(gè)梯級,集防洪、航運(yùn)、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合效益于一體,粵港澳大灣區(qū)國家戰(zhàn)略實(shí)施、珠江流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要支撐和保障作用,被譽(yù)為珠江上的“三峽工程”[1]。
大藤峽水力發(fā)電廠 10 kV 廠用電采用的是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),如果發(fā)生單相金屬性接地故障,故障相電壓為 0,非故障相相電壓升高為線電壓,但是此時(shí)系統(tǒng)還是對稱的,可以帶故障運(yùn)行 2 h,提高了供電的可靠性,但如果長時(shí)間運(yùn)行將會造成事故擴(kuò)大。由于電廠的大部分電纜都為地下或混凝土穿管電纜,電纜金屬性接地后不易直觀找到接地點(diǎn)。在沒有電纜接地故障查找儀器的情況下查找更困難,因得不到及時(shí)的處理減小了設(shè)備供電的可靠性,增加了機(jī)組非停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。針對電力電纜金屬性接地的情況,根據(jù)等效電阻的原理能利用直流電阻測試儀快速查找到接地點(diǎn)的距離,提高系統(tǒng)的供電可靠性 [2]。
2? 故障簡介
2.1? 10 kV 系統(tǒng)運(yùn)行方式
6 號機(jī)組經(jīng)廠高變帶 10 kV Ⅲ段運(yùn)行,10kV Ⅲ段和Ⅴ段、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,10 kV Ⅱ段帶 1 號機(jī)組廠用電。一次設(shè)備接線圖見圖 1。
2.2? 故障概述
某日 16 時(shí),10 kV 保護(hù)裝置報(bào)警動作,運(yùn)行人員查看 10 kV 母線電壓、各開關(guān)狀態(tài)及 1 號機(jī)組運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn) 1 號機(jī)組運(yùn)行正常,10 kV 與 400 V 開
關(guān)狀態(tài)正常無跳閘現(xiàn)象,10 kV Ⅲ段、Ⅴ段、Ⅱ段 A、B 相相電壓均升高至線電壓數(shù)值,C 相相電壓為 0。監(jiān)控報(bào)警信息如表 1 所示。
3? 故障處理
3.1? 接地線路的確定
通過拉支路法,依次斷開 10 kV Ⅱ段上的各用電負(fù)荷,故障信號未復(fù)歸排除右岸施工造成接地可能;在斷開 10 kV Ⅲ段船閘用電后故障信號復(fù)歸,確定接地點(diǎn)在 10 kV Ⅲ段船閘用電開關(guān)至船閘用電這一段上。檢查開關(guān)柜本體內(nèi)無發(fā)黑、無異味,看不到明顯接地點(diǎn)。解開兩側(cè)三相電纜頭進(jìn)行電纜絕緣測量,使用 2 500 V 檔位絕緣電阻測試儀試驗(yàn) 1 min,測得 A、B相分別對地絕緣電阻均大于 1 TΩ,絕緣正常。而 C相電纜使用 500 V 檔位進(jìn)行測試,兆歐表無輸出電壓,顯示僅為 1 V 即短路狀態(tài),判斷 C 相電纜接地短路 [3]。
該故障電纜型號為 WDZA-YJY3-8.7/15,由 6 號機(jī)組段下游副廠房經(jīng)電纜橋架、高壓電纜廊道、電纜埋管到船閘 10 kV 開關(guān)柜內(nèi) , 電纜全長 636 m,為整段敷設(shè)無中間接頭。電纜橋架*高處有 8 m,且電纜廊道電纜密集,環(huán)境復(fù)雜,非常不利于查找。透過開關(guān)柜底部縫隙觀察,電纜與孔洞周圍無放電發(fā)黑跡象。
3.2? 電纜接地點(diǎn)查找及處理
使用直流電阻測試儀采用三阻值法快速測量電纜金屬性接地點(diǎn)距離電纜終端的長度,按照測量方法將電廠側(cè)的 B、C 相短接,在船閘側(cè)分別測量 C 對地的直流電阻為 989.8 mΩ、B 對地的直流電阻為1 160 mΩ、B 對 C 的直流電阻為 174.8 mΩ 通過計(jì)算得出 C 相對地的直流電阻為 2.3 mΩ,再通過故障點(diǎn)長度 L=C 相對地的直流電阻 × 電纜橫截面積 / 電纜電阻率,得出短路故障點(diǎn)距離船閘側(cè)電纜終端大約 15.8 m。同理在電廠側(cè)測量 C 對地的直流電阻為 1 073 mΩ、B 對地的直流電阻為 1 085 mΩ、B 對C 的直流電阻為 171.6 mΩ 通過計(jì)算得出 C 相對地的直流電阻為 79.8 mΩ,再通過故障點(diǎn)長度 L=A 相
對地的直流電阻 × 電纜橫截面積 / 電纜電阻率,得出短路故障點(diǎn)距離船閘側(cè)電纜終端 547.2 m,通過測量電纜全長約為 563 m;綜上已精準(zhǔn)判斷出 10 kV
Ⅲ段 3G12 柜至船閘 15G 柜 C 相故障接地點(diǎn)在距離船閘側(cè)電纜終端大約 15.8 m(電纜經(jīng)電纜埋管電纜進(jìn)到船閘 15G 開關(guān)柜不能具體看到故障接地點(diǎn))[4]。
用不同噸位的手拉葫蘆經(jīng)過多次嘗試都拉不出來電纜,所以判斷電纜因混凝土基礎(chǔ)變形位移壓破電纜絕緣層,從而引起電纜 C 相接地。將穿墻電纜前端截?cái)嘀匦轮谱髦虚g接頭和電纜頭后使用2 500 V 檔位重新測量 C 相電纜絕緣電阻為 500 MΩ滿足電纜絕緣要求。回裝電廠側(cè)和船閘側(cè) 10 kV 開關(guān)柜電纜后送電一次性成功。
4? 電纜接地故障距離測量原理
計(jì)算電纜接地點(diǎn)距離的原理就是測量電纜終端對接地點(diǎn)的電阻 R,再利用導(dǎo)體電阻計(jì)算公式反算出銅導(dǎo)體的長度。
L=R×Sρ(1)
式中:L—電纜長度,m;S—電纜截面積,mm2;ρ—電纜電阻率,Ω·mm2/m。
公式雖然簡單但是電纜端頭到接地點(diǎn)的電阻是不能直接測量出來的,所以必須通過間接的方法計(jì)算出電纜終端到接地點(diǎn)的電阻,并且電纜必須是金屬性接地,如果不是金屬性接地則此方法不適用。
如上述故障處理過程所述,只要測量出兩相電纜的三個(gè)電阻值就能計(jì)算出故障點(diǎn)到電纜終端的電阻值。因?yàn)殡娎|都為金屬性接地所測得的電阻都為毫歐級別,所以萬用表測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確必須使用直流電阻測試儀。
具體測量步驟如下:將故障相 A 的電纜兩端終端拆解,再找一相與故障相截面積相同的非故障相B(B 對地絕緣合格),將故障相 A 和非故障相 B 的一端用導(dǎo)線連接,使用直流電阻測試儀測量故障相A 對地的電阻值 RAN,測量非故障相 B 對地的電阻值 RBN,測量故障相 A 和故障相 B 相間的電阻值RAB。則利用以下公式就可計(jì)算出故障相 A 電纜終端到接地點(diǎn)的電阻 R。
R= RAN+RAB-RBN2 (2)
根據(jù)不同導(dǎo)線不同材質(zhì)的電阻率,例如銅的電阻率為 0.017 5 Ω·mm2/m。將計(jì)算出的電阻帶入公式(1)中,就可求出電纜終端到接地點(diǎn)的距離 [5]。
5? 等效電路及公式推導(dǎo)
如圖 2 所示,一段電纜 A 相中間 g 為故障接地點(diǎn),其中一相 B 絕緣合格,并將 A、B 相一端的電纜終端連接。
電纜故障模型圖見圖 2 所示。
將各部導(dǎo)線用相應(yīng)電阻等效如圖 2 所示,再將電路圖簡化如圖 3 所示,其中 B 相到接地點(diǎn)的電阻R3=R+R2,B 相 的 電 阻 R=R1+R2,RgN 為 故 障 點(diǎn) g
到電源側(cè)地 N 的等效接地電阻。電纜故障等效電阻圖見圖 3 所示。
根據(jù)圖 3 等效電路圖,已知 A,B,N 三個(gè)端子間的電阻值,即可列出以下等式 :
RAN=R1+RgN RBN =R3+RgN
RAB =R1+R3
求解以上方程,則 R1= RAN+RAB-RBN2
6? 結(jié)束語
10 kV 配電線路單相短路接地故障是特別普遍的一種故障類型,對于電廠來說能快速找到故障點(diǎn)并隔離出故障線路才能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在沒有專用電力電纜故障點(diǎn)定位儀器的條件下通過直流電阻測試儀科學(xué)的運(yùn)用三阻值法,能迅速精準(zhǔn)的找到電纜接地點(diǎn),尤其對于那些不能直接檢查電纜的特殊情況特別適用。