电缆沟火灾预防新技术

百科   2025-01-08 12:30   湖南  


近日,陕西省又一座110千伏变电站

安装了高性能选线保护装置

对单相接地故障的处理能力显著增强

进而降低了相关电缆沟发生火灾的风险


高性能选线保护装置由国网陕西省电力有限公司电力科学研究院研发,是消弧线圈接地系统接地故障高效处置关键技术的成果之一。

自2020年起,该院深入研究电弧对电缆的引燃能力、故障点电弧电流抑制、接地故障快速切除和现场测试技术,提出了消弧线圈接地系统接地故障高效处置关键技术,在提升电缆单相接地故障检测准确性的同时减少故障隔离时间、缩小故障影响范围,提升了电缆安全可靠运行水平。

为更好处理电缆接地故障打下基础

“近年来,配电网电缆化率不断提升,配电系统电容电流持续增大,导致一旦发生单相接地故障,故障点的电弧电流较大,易造成电缆沟起火。”陕西电科院配电网故障处理团队学术带头人刘健说。

配电网按照中性点接地方式通常分为不接地系统、消弧线圈接地系统和小电阻接地系统。消弧线圈接地系统发生单相接地故障,通常先由消弧线圈输出补偿电流,抑制故障点电弧电流。然后,选线装置判断并隔离故障线路。当选线装置选线错误导致单相接地故障无法切除时,调度自动化系统需要依次推拉选出故障所在线路。传统的处置方式中,消弧线圈补偿精度低,抑制故障点电弧电流能力有限。同时,选线装置难以应对复杂故障。这些因素制约着防治电缆沟火灾能力的提升。

陕西电科院配电网故障处理团队立足故障电弧发展机理,聚焦故障抑制、故障隔离、现场测试三个方面提出新理论、突破新技术、研发新设备。他们采用火灾动态仿真方法,揭示了电缆单相接地故障导致火灾的温度场以及热释放速率的动态分布规律,明确了故障电弧引燃电缆的时间与空间阈值,为合理设置消弧线圈补偿电流和选线装置动作时间提供了依据。

“抑制电流+精准隔离”避免引燃电缆

“我们首先明确了故障点电弧电流大小、持续时间长短与引燃电缆概率之间的关系,下一步要将电弧电流抑制在安全范围内,并及时隔离故障,这样才能避免电缆被电弧引燃。”刘健说。

为了抑制故障点电弧电流,团队提出预调式相控消弧原理,研制了预调式相控消弧线圈成套设备。该设备可根据故障点电弧电流大小自动调节补偿电流的大小,实现对故障电流的精准补偿,从而为隔离故障、消除火灾风险赢得更多时间。在单相接地故障发生时,它能够在60毫秒以内将故障电流控制在2.5安以下,补偿精度远高于传统消弧线圈能达到的水平。

故障点电弧电流降低后,准确识别并隔离故障才能避免发生电缆沟火灾,但现有选线装置无法有效识别间歇性电弧故障、跨线相继接地故障等复杂接地故障。

团队对实际单相接地故障开展了数百次连续监测记录,在统计分析故障性质、故障类别、熄弧时间、电弧间断时间等的基础上,结合发生接地故障时的暂态量和稳态量信息,提出了复杂接地故障的检测与保护方法。2021年,他们研制出高性能选线保护装置,增强了对于复杂接地故障的应对能力,进而提升了单相接地故障选线跳闸准确率。目前,陕西省已有176座110千伏变电站应用高性能选线保护装置,选线跳闸准确率达97.9%。

实现故障隔离范围最小

利用高性能选线保护装置隔离故障需要使整条线路断电,停电范围相对较大。于是,团队又将目光聚焦到如何使停电范围最小上。

“以前,变电站外的线路未配置配电自动化设备,我们只能通过变电站线路出线开关跳闸来隔离故障。近年来,随着配电自动化的发展,我们已经可以通过变电站内的选线装置与变电站外的配电自动化设备配合来处理故障,做到只隔离故障发生的电缆区段,避免整条线路失电。”刘健说。

2022年,团队提出面向城市配电网的单相接地故障集中智能处理方法和面向郊区配电网的单相接地故障分布智能处理方法,实现了单相接地故障区段自动定位、隔离以及无故障区段恢复供电,缩小了停电范围,减少了停电时间。

在随后的成果推广应用过程中,团队发现相关人员安装设备、设置定值时容易误操作,如互感器极性接反、定值设置不合理等。这些情况会影响预调式相控消弧线圈成套设备和高性能选线保护装置等的应用效果。为此,团队提出了基于可控弧光放电的单相接地故障处理能力现场测试方法,研发了专用测试设备和缺陷诊断系统,实现对单相接地故障处理的全流程闭环测试及缺陷自动诊断分析。

“我们利用单相接地故障处理能力专用测试设备和缺陷诊断系统,在全国范围内已开展现场测试543次,累计发现并帮助消除缺陷3497项,为成果推广应用打下基础,也检验了相关配电自动化工程的质量。”团队成员权立说。

本文内来自国家电网报

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