汪楊凱， 鄭文琛， 雷 雨

(國網(wǎng)運行宜昌超高壓管理處， 宜昌 443002)

特高壓荊門站串聯(lián)變壓器間單相接地故障分析

汪楊凱， 鄭文琛， 雷 雨

(國網(wǎng)運行宜昌超高壓管理處， 宜昌 443002)

對特高壓荊門站站用電兩級變壓器串聯(lián)的接線方式下發(fā)生的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進行分析，指出故障原因是兩級變壓器之間連接電纜無保護，提出了通過在高壓站用變10kV出線側(cè)加裝一個電壓互感器的改進措施，以開口三角接線接入變壓器后備保護，避免該段電纜無絕緣監(jiān)測。兩級變壓器串聯(lián)接線方式的保護配置，不僅需要將兩個變壓器看成一個整體進行考慮，還要關(guān)注故障發(fā)生在設(shè)備連接部分的情況，避免保護配置不完善的情況。

電壓互感器； 不接地系統(tǒng)； 單相接地故障； 串聯(lián)變壓器； 特高壓荊門站

晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程是我國建設(shè)特高壓電網(wǎng)的起始工程，為實現(xiàn)跨大區(qū)、遠距離、大范圍的電能輸送和交易，更好地調(diào)節(jié)電力平衡，促進全國范圍的資源優(yōu)化配置，奠定發(fā)展國家級電力市場提供了工程實踐基礎(chǔ)[1]。作為對全站設(shè)備運行供電的站用電，其供電的可靠性和安全性影響著特高壓工程的穩(wěn)定運行。

特高壓荊門站Ⅰ回、Ⅲ回站用變?yōu)?10/10.5 kV、10.5/0.4 kV兩級變壓器串聯(lián)的接線方式，中間連接的10 kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)[2～7]，對兩級變壓器的這段電纜進行各類故障分析發(fā)現(xiàn)，目前設(shè)備配置缺乏對該段電纜發(fā)生單相接地故障時的監(jiān)測。為解決該段電纜單相接地故障時無監(jiān)測的問題，在與設(shè)計院等各方討論后，確定在串聯(lián)的兩級變壓器之間處加裝一個電壓互感器，二次以開口三角接線接入變壓器后備保護，監(jiān)測該段電纜的絕緣。

1 荊門特高壓站用電及站用變壓器保護配置

荊門特高壓站站用電源有三回，Ⅰ、Ⅲ回站用電接線圖如圖1，Ⅰ回站用電和Ⅲ回站用電為110/10.5kV、10.5/0.4kV兩級變壓器串聯(lián)，中間用一段10kV電纜接線方式，其中Ⅰ回站用電電纜長177 m和Ⅲ回站用電電纜長470 m，放置于電纜溝中。

圖1 荊門特高壓站I回、Ⅲ回站用電接線圖

Ⅰ回站用電和Ⅲ回站用電變壓器保護均為南瑞繼保公司生產(chǎn)的一套差動保護RCS-9671C組成主保護，一套高壓側(cè)速斷保護RCS-9681C和一套低壓側(cè)零序保護RCS-9681C組成后備保護，一套RCS-9661C組成非電量保護，圖2是Ⅰ回站用電保護配置圖。其保護配置是將兩級變壓器看成一個110/0.4 kV變壓器進行的配置，缺少對兩級變壓器連接的10 kV電纜段單相接地故障的監(jiān)測。

圖2 I回站用電保護配置圖

從圖1可以看出，兩回站用電110 kV高壓側(cè)和400 V低壓側(cè)均安裝有電壓互感器(Ⅰ回站用電連接的110 kV母線安裝有電壓互感器)，串聯(lián)變壓器間10 kV電纜為不接地系統(tǒng)，無電壓測量設(shè)備。對這段電纜進行各類故障分析發(fā)現(xiàn)，該段10 kV電纜在發(fā)生單相接地故障時，10 kV電纜段線電壓仍保持對稱，高低壓側(cè)電壓互感器測量出的仍為三相對稱電壓，設(shè)備處于無保護狀態(tài)，運行人員無法判斷和處理，將會導(dǎo)致故障的進一步擴大。

2 站用電10 kV電纜段單相接地故障分析

以荊門特高壓站Ⅰ回站用變?yōu)槔治?，在高壓變壓?11B與低壓變壓器11B之間的10kV電纜上發(fā)生了單相(如A相)金屬性接地故障，當(dāng)單相(如A相)接地時，(設(shè)各相對地電容C0)，此時電流分布圖及相量圖如圖3所示。

圖3 不接地系統(tǒng)單相接地故障時的電流分布圖

圖4 不接地系統(tǒng)A相接地故障時的相量圖

由圖4可見，中性點的電壓UN上升為相電壓(-EA′)，A、B、C三相相電壓為

(1)

(2)

保護安裝處各相電流(未計及負荷電流)為

(3)

(4)

(5)

(6)

其有效值為

(7)

因此在兩級變壓器之間的10 kV電纜處發(fā)生單相接地故障時，B、C兩相的零序電流I0的大小等于該段電纜的接地電容電流，而接地相A相的零序電流I0的大小等于B、C兩相非故障線路的接地電容電流向量之和，如圖3虛線所示。

在兩級變壓器之間的10 kV設(shè)備上發(fā)生單相接地故障的情況時，三相之間的線電壓仍然對稱，因而110 kV側(cè)及400 V側(cè)電壓互感器測量出的仍為三相對稱電壓。而零序電流僅為線路的電容電流，數(shù)值很小，且由于10 kV側(cè)與110 kV及400 V連接的高壓、低壓變壓器均為三角形接線，110 kV側(cè)和400 V側(cè)沒有零序回路，即110 kV側(cè)和400 V側(cè)無零序電流(Ⅲ回站用電低壓變?yōu)樾切谓泳€，也沒有零序電路)，以目前的設(shè)備配置，運行人員無法及時發(fā)現(xiàn)接地故障，導(dǎo)致故障擴大，危及特高壓站的安全運行。

3 改進措施

針對該段電纜在發(fā)生單相接地故障時無保護的情況，與設(shè)計院討論后，決定在該段線路10 kV進線側(cè)各相加裝一個電壓互感器，該互感器的二次用開口三角形接線，接入站用變高壓側(cè)后備保護RCS-9681C，監(jiān)視該段線路的零序電壓，用以對電纜線路絕緣的監(jiān)測。

正常時，該零序電壓互感器上無零序電壓。當(dāng)一相(如A相)金屬性接地時，則故障相的電壓降到零，非故障相的電壓升高到線電壓，此時電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100 V電壓，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。當(dāng)發(fā)生一相(如A相)非金屬性接地時，即通過高電阻或電弧接地等，中性點電位偏移，這時故障相的電壓降低，但不為零，非故障相的電壓升高，它們大于相電壓，但達不到線電壓，電壓互感器開口三角處的電壓達到整定值，電壓繼電器動作，發(fā)出接地信號。通過加裝進線電壓互感器和增加該部分的零序過電壓告警功能，提供了對單相接地故障的保護。

4 結(jié)語

由站用電兩級變壓器串聯(lián)組成的接線方式，其保護配置將其看為一個整體進行配置是不夠得，還需要考慮其連接部分的配置。在此接線方式下通過單相接地故障分析，得出兩級變壓器之間連接電纜無保護，影響站用電安全運行，通過在兩級變壓器之間10 kV電纜上加裝一個電壓互感器，監(jiān)測該段電纜的絕緣，解決了兩級變壓器之間設(shè)備單相接地故障無保護的問題，保證了站內(nèi)設(shè)備安全、可靠運行。兩級變壓器串聯(lián)接線方式的保護配置，不僅需要將兩個變壓器看成一個整體進行考慮，還要關(guān)注故障發(fā)生在設(shè)備連接部分的情況，避免保護配置不完善的情況。

[1] 劉振亞．特高壓電網(wǎng) [M]．北京：中國經(jīng)濟出版社，2005.

[2] 張波，王越(Zhang Bo, Wang Yue).中性點不接地系統(tǒng)同一點兩相接地短路故障分析 (Analyis of two-phase grounding fault of isolated neutral system) [J]. 繼電器(Relay),2007,35(15):59-61.

[3] 薛永端,徐丙垠,馮祖仁,等(Xue Yongduan, Xu Bingyin, Feng Zuren,etal). 小電流接地故障暫態(tài)方向保護原理研究(The principle of directional earth fault protection using zero-sequence transients in non-solid earthed network)[J].中國電機工程學(xué)報(Proceedings of the CSEE),2003,23 (7) :51-56.

[4] 李孟秋，王耀南，王輝，等(Li Mengqiu, Wang Yaonan, Wang Hui,etal).小電流接地系統(tǒng)單相接地故障點探測方法的研究(A new approach on detecting the single-to ground fault location on power system with neutral unearthed) [J].中國電機工程學(xué)報(Proceedings of the CSEE)，2001，21(10): 6-9,23.

[5] 費萬民,呂征宇,吳兆麟,等(Fei Wanmin,Lü Zhengyu,Wu Zhaolin,etal).三相接地系統(tǒng)短路故障限流器及其控制策略(Short circuit fault current limiter used in grounded three-phase power system and its control mode)[J].電力系統(tǒng)自動化 (Automation of Electric Power Systems),2002,26(8):33-37.

[6] 周羽生，彭琢，韋肖燕，等(Zhou Yusheng ，Peng Zhuo， Wei Xiaoyan,etal).小電流接地系統(tǒng)單相故障的Matlab仿真(Matlab simulation on single-phase-to-earth fault of small current grounding power system)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(Proceedings of The CSU-EPSA)，2009 21(4)：50-52，99.

[7] 宗劍,牟龍華,張鑫，等(Zong Jian,Mou Longhua,Zhang Xin,etal).配電網(wǎng)單相接地故障類型及程度的判據(jù)(Criterion of single-phase ground fault type and its degree for distribution network) [J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(Proceedings of The CSU-EPSA)，2004， 16(4):27-29.

AnalysisofSingle-phase-to-groundFaultBetweenTwo-stageSeriesTransformersinUHVJingmenSubstation

WANG Yang-kai， ZHENG Wen-chen， LEI Yu

(Yichang EHV Administration， State Grid Corporation of China， Yichang 443002， Hubei)

Based on the analysis of the single-phase-to-ground fault in power system with ungrounded neutral between the two-stage series transformers in UHV JingMen substation, this paper points out that the fault is due to non-protection for the cable between the two-stage series transformers. A solution to the problem is that a 10 kV PT with secondary windings as open-delta connection access to backup protection of the two transformers is installed at 10 kV side of high voltage transformer, which is used to avert the cable lack of isolation inspecting between the transformers. The protection set requires not only considering the two series as a unity, but also the fault condition in the connection, which is helpful to avoid the incomplete protection.

potential transformer； ungrounded system； single-phase-to-ground fault； series transformers； UHV JingMen substation

2010-01-21；

2010-05-04

TM77

A

1003-8930(2011)06-0141-04

汪楊凱(1981-)，男，碩士，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)運行與規(guī)劃、電力系統(tǒng)繼電保護、特高壓荊門站運檢。Email:wang_yk_jmz@126.com 鄭文琛(1981-)，男，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)運行與規(guī)劃、電力系統(tǒng)負荷預(yù)測、特高壓荊門站運檢。Email:zwc810324@yahoo.com.cn 雷 雨(1983-)，男，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)運行與規(guī)劃、電力系統(tǒng)繼電保護、特高壓荊門站運檢。Email:tianzi_1096@163.com