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        配網(wǎng)多臺分界開關(guān)同時誤動事故分析

        2018-09-05 01:02:06晉,孔寧,時鵬,張
        山東電力技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:消弧分界環(huán)網(wǎng)柜

        耿 晉,孔 寧,時 鵬,張 凱

        (國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司,山東 菏澤 274000)

        0 引言

        采用用戶分界開關(guān)就地隔離用戶支線短路故障和接地故障,避免一條支線故障影響主干線路和其他支線,是對集中型和就地型饋線自動化兩種典型模式的重要補充[1-2]。在實際運行當中,分界開關(guān)零序過流保護誤動作事件頻繁發(fā)生,既影響用戶供電可靠性,又增加了電量損失。對某變電站同一母線配出線路上多臺分界開關(guān)因接地故障同時誤動問題,進行分析并給出事故原因及改進措施。

        1 故障經(jīng)過

        1.1 跳閘情況

        如圖1所示,A站運行方式為線變組分列運行,即M線帶1號變壓器、10 kV I母線負荷,Ⅰ段10 kV無消弧補償,N線帶2號變壓器、10 kVⅡ母線負荷,Ⅱ段10 kV有消弧補償。

        某日 17∶13∶06—17∶13∶07,A 站 10 kV Ⅱ線 2 號環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)、10 kVⅠ線2號環(huán)網(wǎng)柜02D開關(guān)共計兩條分支線路幾乎同時發(fā)生接地故障跳閘。17∶13∶56—17∶13∶57, 同站 10 kV Ⅰ線 5 號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)、10 kVⅡ線4號環(huán)網(wǎng)柜04C開關(guān)、7號環(huán)網(wǎng)柜07C開關(guān)、10 kVⅢ線2號環(huán)網(wǎng)柜02C開關(guān)、5號環(huán)網(wǎng)柜05D開關(guān)、4號環(huán)網(wǎng)柜04D開關(guān),共計6條分支線路幾乎同時發(fā)生接地故障跳閘。17∶14∶17,A站10 kVⅡ線短路故障跳閘,重合不成,配電自動化系統(tǒng)無故障信息。

        表1 Ⅰ線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)參數(shù)及保護配置情況

        圖1 A站10 kV母線及所接帶環(huán)網(wǎng)柜

        1.2 故障判斷

        值班人員判斷多條分支開關(guān)幾乎同時跳閘,應為分界開關(guān)區(qū)域外接地故障導致誤動,同時考慮10 kVⅡ線主線故障跳閘,遂對非Ⅱ線的分支開關(guān)逐一進行了試送。17∶30,對I線2號環(huán)網(wǎng)柜02D開關(guān)、5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān),Ⅲ線2號環(huán)網(wǎng)柜02C開關(guān)、5號環(huán)網(wǎng)柜05D開關(guān)、4號環(huán)網(wǎng)柜04D開關(guān)進行逐一試送,均成功恢復送電。

        對Ⅱ線經(jīng)巡線發(fā)現(xiàn)線路故障存在兩處。如圖1所示,分別為1號環(huán)網(wǎng)柜01B開關(guān)至2號環(huán)網(wǎng)柜02A開關(guān)之間電纜故障、2號環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)下路燈變壓器電纜頭故障。

        2 原因分析

        2.1 環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)參數(shù)及保護配置情況

        以I線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)為例,介紹環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)參數(shù)及保護配置情況,如表1所示。

        經(jīng)查詢,此案例中所涉及線路的環(huán)網(wǎng)柜跳閘的分界開關(guān),其零序保護定值設(shè)定均與I線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)零序保護定值、時限相同,即零序定值數(shù)值為1.6 A,延時為60 s。

        2.2 分界開關(guān)控制器動作信息及SOE事件記錄

        以Ⅰ線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)為例,查詢分界開關(guān)控制器動作信息記錄,如表2所示。

        表2 Ⅰ線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)控制器動作信息

        查詢Ⅰ線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)分界開關(guān)跳閘時SOE事件記錄,如表3所示。

        表3 分界開關(guān)跳閘時SOE事件記錄

        從上述信息中可以得出,I線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)零序保護定值在動作邏輯是沒有問題的。

        2.3 分界開關(guān)零序保護定值校驗

        變電站10 kV系統(tǒng)多為小電流接地系統(tǒng),中性點采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地運行方式[3]。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的故障電流僅為本系統(tǒng)線路的對地電容電流,尤其對有消弧補償?shù)南到y(tǒng),根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》規(guī)定,單相接地故障電流一般要控制在10 A以下,以保證接地點電弧順利熄弧。

        2.3.1 零序電流定值可整定范圍

        零序電流值整定原則為:按躲過保護安裝處后故障時流過本保護的接地電容電流整定。

        結(jié)合案例進行分析,A站10 kV系統(tǒng)共有N條出線,通過統(tǒng)計得知,電纜總長度共30km,架空線總長度共80 km。變電站10 kV系統(tǒng)對地電容電流估算如下。

        電纜線路電容電流估算為

        架空線路電容電流估算為

        考慮變電站設(shè)備的附加,系統(tǒng)總電容電流估算為

        以A站10 kVⅡ線2號環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)零序動作整定值為例,該開關(guān)在接地情況下正確動作跳閘,零序電流為A站10 kVⅡ線2號環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)以下分支線路發(fā)生接地故障時電流,經(jīng)查詢,該分支線路共有電纜0.5 km,架空1.5 km。該站兩段母線分列運行,兩段母線各自出線發(fā)生接地故障時,互不影響,其接地電流估算需按兩段母線分別估算。分別針對中性點不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)兩種情況進行計算分析。

        1)中性點不接地的I母線系統(tǒng)。

        此時流過分界開關(guān)的零序電流為除分支自身電容電流外的系統(tǒng)總電容電流,其值估算為

        考慮區(qū)內(nèi)接地動作靈敏性1.5,開關(guān)零序整定值為

        考慮區(qū)外接地可靠不動作,考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數(shù)1.3,考慮線路參數(shù)的誤差引入可靠系數(shù)1.8,開關(guān)零序整定值為

        綜上可知開關(guān)零序電流定值可整定范圍為1.265~24.50 A。

        2)經(jīng)消弧線圈接地的II母線系統(tǒng)。

        當A站10 kVⅠ線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)以下發(fā)生接地故障時,流過分界開關(guān)的零序電流為分支線路除外的系統(tǒng)總電容電流經(jīng)消弧補償后的殘流,其值估算為

        式中:IL為消弧補償電流,A。

        根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》規(guī)定:3~10 kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)單相接地故障電流不超過10 A。采用消弧線圈接地方式,在正常運行情況下,中性點的長時間位移電壓不超過電網(wǎng)標稱電壓的15%,故障點的殘余電流不宜超過 10 A[4]。因此,在這種情況下,IL-36.76 A 應在 10 A以下。

        考慮區(qū)內(nèi)接地動作靈敏性1.5,分界開關(guān)零序整定值為

        考慮區(qū)外接地可靠不動作,考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數(shù)1.3,考慮線路參數(shù)的誤差引入可靠系數(shù)1.8,開關(guān)零序整定值為

        可知此時開關(guān)零序電流定值可整定范圍為1.265~6.667 A。

        經(jīng)查詢,案例中區(qū)域外故障誤動的分界開關(guān)下所接帶的負荷大多為小區(qū)負荷、長線路分支,負荷均較重,線路自身對地電容電流會更大,以誤跳閘的分界開關(guān)為例,A站10 kV I線5號環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)以下分支線路共有電纜3 km,架空1.5 km。

        此時,考慮區(qū)外接地可靠不動作,考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數(shù)1.3,考慮線路參數(shù)的誤差引入可靠系數(shù)1.8,開關(guān)零序整定值為

        可知此時開關(guān)零序電流定值無可整定范圍。

        綜合有消弧補償和無消弧補償兩種情況的分析計算,可知分界開關(guān)零序過流整定值在無消弧補償且系統(tǒng)對地電容電流較大時可整定范圍較寬,可在一定程度上保證接地零序保護的可靠性和靈敏性;但在有消弧補償時可整定范圍將變得較窄。特別是接帶分支線路較長、電纜比重較大時,分支線對地電容電流較大,可整定范圍將很窄,甚至無整定范圍。

        2.3.2 誤動作原因分析

        案例中I線、Ⅲ線共計5條分支區(qū)外接地故障誤跳閘的環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)零序保護配置情況如表1所示。此次誤動作的分界開關(guān)以下所接帶的負荷均為大分支長線路,且拓撲結(jié)構(gòu)不合理,分支電纜比重大,導致分界開關(guān)控制器零序過流保護定值無整定范圍,與環(huán)網(wǎng)柜原設(shè)置定值不符,造成分界開關(guān)零序保護誤動作,這是事故的主要原因。

        3 對策建議

        3.1 影響因素分析

        該事故為配網(wǎng)分界開關(guān)控制器保護不正確動作情況的典型案例,即Ⅱ線線路發(fā)生兩處接地短路故障,在II線接地短路故障未切除前,發(fā)生同站出線Ⅰ線、Ⅲ線共計5條分支區(qū)外接地故障誤跳閘。

        10 kV配電自動化線路分界開關(guān)接地零序過流保護不正確動作多為分支線路區(qū)外發(fā)生接地故障造成的誤跳閘,且從頻繁誤動環(huán)網(wǎng)柜及分界開關(guān)以下所接帶負荷情況看,誤動分支線路多為大分支線路,其自身對地分布電容電流較大,系統(tǒng)發(fā)生單相接地時造成誤動作跳閘。系統(tǒng)中性點接地方式、本分支對地電容電流占系統(tǒng)對地電容電流的比例這些將影響零序保護的整定范圍的大小。

        由于環(huán)網(wǎng)柜及分界開關(guān)的不同生產(chǎn)廠家保護原理不同,定值整定沒有統(tǒng)一的規(guī)程,現(xiàn)場安裝調(diào)試人員往往根據(jù)自己的經(jīng)驗或廠家說明書進行裝置定值整定[5]。大多數(shù)環(huán)網(wǎng)柜在安裝初期,現(xiàn)場安裝調(diào)試人員根據(jù)開始負荷分支接入情況,即對環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)設(shè)置整定值。但隨著負荷的不斷接入,由于分支用戶設(shè)備參數(shù)上報不及時或未上報,原整定值未能及時更改,導致原整定值存在不滿足運行負荷的情況。

        這些因素對保證配網(wǎng)分界開關(guān)控制器保護的靈敏性和可靠性增加了難度,同時對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、分界開關(guān)安裝位置、零序過流定值設(shè)置提出較高的要求。

        因此,要想使分界開關(guān)零序保護具有較高的可靠性和靈敏性,一方面,應保證分界開關(guān)安裝位置的合理性,應保證所接帶分支線不能太長,電纜線路不能太多;另一方面,應考慮站內(nèi)消弧補償問題,有消弧補償?shù)南到y(tǒng),分界開關(guān)零序保護定值可整定范圍將變得較窄,甚至無法整定。

        3.2 分界開關(guān)零序保護不正確動作問題根源

        區(qū)外故障誤動的分界開關(guān)下接帶了大分支負荷線路或小區(qū)開閉所,分界開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜分支斷路器以下線路自身對地電容電流較大,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)極不合理。

        站內(nèi)消弧線圈的補償作用,使分界開關(guān)零序保護可整定范圍縮小,極不容易兼顧保護可靠性和靈敏性。

        大部分環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)以下為用戶設(shè)備,資產(chǎn)屬用戶,管理上無明確設(shè)備主人,涉及用戶分界開關(guān)控制器的保護定值,設(shè)備異動參數(shù)報送存在較大困難。

        配電網(wǎng)自動化線路設(shè)備異動頻繁、情況復雜,且配電網(wǎng)參數(shù)前期沒有得到有效的管理,涉及老線路的設(shè)備異動參數(shù)報送準確性無法保證。

        3.3 分界開關(guān)零序保護不正確動作問題解決方案

        小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的特殊性,決定了分界開關(guān)控制器零序過流保護的局限性。為保證分界開關(guān)控制器接地零序保護的可靠性和靈敏性,應對分界開關(guān)安裝布置的合理性提出建議,不宜接帶大分支過長線路。

        對由于配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)不合理,造成分界開關(guān)控制器零序過流定值無整定范圍時,零序過流保護應可靠退出。

        建立統(tǒng)一的配網(wǎng)保護定值計算管理平臺,對配網(wǎng)設(shè)備異動和設(shè)備參數(shù)報送、定值計算進行有效的管理。

        4 結(jié)語

        分界開關(guān)零序保護無方向,僅僅依靠零序電流大小來判斷故障區(qū)間,特別是對于消弧線圈接地配網(wǎng)系統(tǒng),當系統(tǒng)單相接地時消弧線圈投入補償后,殘流非常小,存在保護區(qū)內(nèi)單相接地故障保護不能動的可能。分界開關(guān)用于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)時,判別接地故障如果僅采用穩(wěn)態(tài)零序電流判據(jù),無疑會出現(xiàn)誤判,這種情況下需判別暫態(tài)零序電流。因此,要保證分界開關(guān)不發(fā)生誤動作的情況,要從分界開關(guān)安裝位置規(guī)劃、消弧線圈殘流控制、建立配網(wǎng)保護定值計算管理平臺幾個方面考慮,充分保證配電網(wǎng)分界開關(guān)動作的正確性,避免因保護誤動作引起的停電。

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