鮑有理，季東方

(1.無錫供電公司，江蘇無錫214061；2.國(guó)電南自股份有限公司，江蘇南京211100)

為了提高供電可靠性，在我國(guó)3～66 kV中低壓配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)[1-3]。中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)，由于線電壓不變，可以持續(xù)運(yùn)行2小時(shí)。同時(shí)，非故障相電壓升高對(duì)線纜絕緣產(chǎn)生破壞，時(shí)常會(huì)造成新的接地點(diǎn)，形成不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障[4]。此類復(fù)雜短路故障由于故障量眾多，往往會(huì)出現(xiàn)一些原因不明的動(dòng)作行為[5，6]。本文分析了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，發(fā)生35 kV不同線路異地不同名相兩點(diǎn)接地的復(fù)雜短路故障。現(xiàn)場(chǎng)初步分析以為保護(hù)拒動(dòng)，事后通過實(shí)際故障錄波圖形及理論分析，雙向驗(yàn)證了保護(hù)動(dòng)作行為完全正確。進(jìn)一步文章擴(kuò)展分析了其他小電流系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作行為及故障量特征，同時(shí)闡述了故障分析的方法及故障定位注意事項(xiàng)。

1 故障情況介紹

某220 kV變電站35 kV部分，中性點(diǎn)采用經(jīng)過消弧線圈接地方式，Ⅰ，Ⅱ線均配置有典型35 kV出線三段式過電流保護(hù)，兩線的電流互感器（TA）變比均為600/5，具體變電站保護(hù)配置及接線圖如圖1所示。

圖1 變電站保護(hù)配置及接線圖

（1）故障過程：初期I線A相接地故障，此時(shí)可運(yùn)行2小時(shí)。由于B相、C相電壓的升高，Ⅱ線絕緣水平下降，發(fā)生C相接地故障。此時(shí)發(fā)生不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障，第一次只有Ⅰ線保護(hù)A相動(dòng)作跳閘。此過程結(jié)束后，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)化為Ⅱ線的C相單相接地狀態(tài)，故障電流驟減。一分鐘后，Ⅱ線的B相被擊穿造成Ⅱ線BC相間故障（真正的相間故障）引發(fā)Ⅱ開關(guān)保護(hù)跳閘。

（2）保護(hù)動(dòng)作情況：

第一次故障，05∶14，35 kVⅠ，Ⅱ兩線異名相故障。Ⅰ開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，但Ⅱ開關(guān)保護(hù)僅啟動(dòng)卻未動(dòng)作跳閘；

第二次故障，05∶15，35 kVⅡ線相間故障，保護(hù)動(dòng)作跳閘。

為了更好地說明故障發(fā)展歷程，做出保護(hù)動(dòng)作時(shí)序，如圖2所示。

圖2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖

故障電流錄波記錄如圖3—5所示。

圖3 Ⅰ線的故障波形

圖4 Ⅱ線的故障波形

圖5 Ⅱ線的再次故障波形

從圖3、 圖 4看，05∶14，35 kVⅠ開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，35 kV II保護(hù)未動(dòng)作跳閘。

（3）Ⅰ保護(hù)定值：過流I段2352 A，0 s。波形A相電流幅值40×120/1.414=3400A。過流I段動(dòng)作，正確。

（4）Ⅱ保護(hù)定值：過流I段2880A，0 s。波形的C相電流幅值為32×120/1.414=2710A。過流Ⅰ段不動(dòng)作，正確。

（5）結(jié)合圖3、圖4的波形中2條線路故障電流及小電流系統(tǒng)故障電壓理論分析可知：Ⅰ線A相接地，引起35 kV系統(tǒng)B相、C相兩相母線電壓升高至線電壓，結(jié)果導(dǎo)致Ⅱ線的C相電纜接頭擊穿接地。即I線A相接地、Ⅱ線的C相接地造成了35 kV系統(tǒng)中產(chǎn)生了A相、C相兩相故障。但35 kV I開關(guān)保護(hù)中只有A相電流且達(dá)到Ⅰ段動(dòng)作值而跳閘；Ⅱ開關(guān)保護(hù)C相電流沒有達(dá)到Ⅰ段動(dòng)作值只有啟動(dòng)狀態(tài)。

圖5顯示Ⅱ線C相一直處于接地狀態(tài)，B相電纜接頭由于承受不了長(zhǎng)期線電壓而擊穿，導(dǎo)致Ⅱ線BC相間故障。第二次故障為Ⅱ線BC相間故障故障，Ⅱ線保護(hù)正確動(dòng)作直接切除了故障。

2 疑問

（1）正常情況下，同一線路相間故障，兩故障相故障電流應(yīng)相同。不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障時(shí)，兩故障相故障電流不同是否合理；

（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，對(duì)故障點(diǎn)是否注入電感電流，其對(duì)兩故障相的故障電流是如何影響的；

（3）本次異地異名相故障，故障線路并未同時(shí)跳閘，動(dòng)作行為是否正確，定值設(shè)定是否合理；

（4）中性點(diǎn)其他接地方式時(shí)，不同線路異名相接地故障時(shí)，故障電流及保護(hù)動(dòng)作行為如何。

3 不同接地方式故障電流流向分析

系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)分為2類：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。如圖6所示。當(dāng)1G斷開時(shí)，圖示為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)；當(dāng)1G閉合時(shí)，圖示為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

圖6 中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)及單相接地電流流向圖

3.1 系統(tǒng)單點(diǎn)接地電流流向

假定線路L1發(fā)生B接地故障，且1G打開，此時(shí)，全網(wǎng)電容電流均流入惟一的接地點(diǎn)，并通過系統(tǒng)中性點(diǎn)與其他支路構(gòu)成回路，電流流向由圖6的實(shí)心箭頭構(gòu)成；當(dāng)1G閉合時(shí)，接地點(diǎn)不僅流入全網(wǎng)的電容電流，而且增加流入了一個(gè)補(bǔ)償?shù)碾姼须娏?，電感電流如圖6的空心箭頭所示。

3.2 系統(tǒng)兩點(diǎn)接地情況電流流向

如圖7所示。假定線路L1發(fā)生B接地故障，線路L2由于A相、C相電壓升高，C相絕緣擊穿，形成兩點(diǎn)接地。當(dāng)1G打開時(shí)，線路L1的接地點(diǎn)與線路L2的接地點(diǎn)構(gòu)成唯一通路，L1線B相電流與L2線C相電流大小相等方向相反，電流流向由圖7實(shí)心箭頭構(gòu)成；當(dāng)1G閉合時(shí)，中性點(diǎn)也向地注入電流，相當(dāng)于L1線B相與L2線C相相間短路經(jīng)由消弧線圈回到系統(tǒng)中性點(diǎn)，電流流向由圖7空心箭頭構(gòu)成。

圖7 不同線路異名相兩點(diǎn)接地電流流向圖

從上分析可見，中性點(diǎn)不接地時(shí)，異名故障相中的故障電流始終相等。中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地時(shí)，由于中性點(diǎn)向共同的接地點(diǎn)注入了電感電流，這對(duì)于其中一條故障線為助增電流，對(duì)于另一條故障線為汲出電流，造成了2故障電流存在差異。

4 異名相兩點(diǎn)接地故障數(shù)學(xué)模型及求解

4.1 異名相兩點(diǎn)接地故障數(shù)學(xué)模型

同一母線引出的兩條線路上異地不同名相兩點(diǎn)接地如圖8所示。雖然異地不同名相發(fā)生兩點(diǎn)接地，對(duì)于線路來說，相當(dāng)于單相接地短路，L1線路的零序電流為L(zhǎng)2線路的零序電流為于是故障線路的壓降分別為

圖8 消弧線圈接地系統(tǒng)異地異名相兩點(diǎn)接地電流圖

4.2 電路疊加原理求解

為了求解方便，將圖8的故障電路等效，如圖9所示，分別以B相電源電動(dòng)勢(shì)和C相電源電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用，最后疊加求解。

圖9 故障等效電路圖

ZC，ZB均為線路阻抗角 70°，由于 ZB旋轉(zhuǎn)了240°角，ZC與ZB之差的模值恒不等于0。可見由于中性點(diǎn)電抗補(bǔ)償電流的分流注入作用，一個(gè)故障相的故障電流得到增強(qiáng)，另一故障相的故障電流則減小了，相當(dāng)于汲出作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）經(jīng)理論分析，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障時(shí)，無論故障點(diǎn)位置在保護(hù)區(qū)內(nèi)何處，兩故障相的故障電流恒不相等。

（2）故障時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)大地回路向兩故障線路注入感性補(bǔ)償電流，對(duì)于一條故障線路起增益作用，另一條則起汲出作用。35 kV線路一般采用三段式過電流保護(hù)，此時(shí)增益作用故障線路更易動(dòng)作，汲出作用故障線路有很大可能因低于動(dòng)作閥值而不動(dòng)作。本文故障范例保護(hù)動(dòng)作過程正確，符合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)故障情況。

（3）小電流接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地，發(fā)生不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障，由于兩故障相故障電流恒相等，兩故障線路三段式過電流保護(hù)必定同時(shí)動(dòng)作。

（4）不同線路異名相兩點(diǎn)接地故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)運(yùn)行工作人員對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為分析，首先應(yīng)考慮到小電流系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式。

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