閆 石, 王 偉

(1.深圳市機場(集團)有限公司，廣東 深圳 518128; 2.中油電能有限公司 電力技術(shù)服務公司，黑龍江 大慶 163700)

0 引 言

城市10～35 kV供電系統(tǒng)廣泛采用中性點經(jīng)小電阻接地方式以抑制大量使用電纜帶來的諸多不良影響[1-7]。因小電阻接地系統(tǒng)通常采用Z聯(lián)結(jié)接地變作為人造中性點[8]，使得繼電保護的配置整定有其特殊之處，若整定不當，會導致事故的擴大。該文通過對某用戶35 kV供電系統(tǒng)的兩起繼電保護動作事件的分析，提出小電阻接地系統(tǒng)繼電保護整定的注意事項。

1 35 kV接地變保護動作

某110 kV變電站的35/0.4 kV ZNyn11接地變帶站內(nèi)負荷運行時35 kV側(cè)電流速斷保護動作跳閘。保護裝置錄得故障波形如圖1所示，圖1中的波形自上至下依次為接地變保護三相電流、35 kV母線三相電壓。從故障波形可知，A、B相電流與C相電流反相，A、B相電流幅值相同且是C相電流的二分之一。三相電壓變化不大，基本對稱，說明故障點至母線之間的阻抗很大，這是典型的穿越性故障特征。判斷為接地變0.4 kV側(cè)B、C相間故障(見圖2中K1處)。

圖1 故障錄波一Fig.1 Fault recording Ⅰ

圖2 短路故障示意圖Fig.2 Schematic diagram of short circuit fault

圖3 ZNyn11接地變y側(cè)B、C相短路復合序網(wǎng)Fig.3 Compound sequence networks of B to C phase fault in y side of ZNyn11 grounded transformer

(1)

接地變保護電流(TA1處)為

(2)

(3)

(4)

故障錄波中的三相電流波形特征與式(2)～(4)吻合，35 kV母線電壓變化不大，是由于接地變阻抗較大導致(399.33 Ω)。采用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件仿真得出的故障電流波形(圖4),與故障錄波波形也相吻合。

圖4 故障仿真一Fig.4 Fault simulation Ⅰ

但接地變0.4 kV側(cè)出口故障應由其35 kV側(cè)過電流保護動作切除，電流速斷保護是不反映0.4 kV側(cè)故障的，核對接地變保護定值為電流速斷保護定值90 A，0 s；過電流保護定值60 A，1.7 s。忽略系統(tǒng)阻抗，將主變阻抗3.24 Ω、接地變阻抗399.33 Ω代入式(1)、(4),可得接地變0.4 kV側(cè)相間故障時,35 kV側(cè)保護處B、C相電流幅值約為50 A，而過電流保護定值為60 A，過電流保護對0.4 kV側(cè)故障完全沒有靈敏度。檢查一次設(shè)備發(fā)現(xiàn)接地變0.4 kV側(cè)B、C相繞組及引出線燒毀，這說明由于過電流保護無法切除0.4 kV側(cè)相間故障，導致故障發(fā)展至接地變繞組燒毀，最終故障電流達到電流速斷保護定值后，由電流速斷保護動作切除故障。

2 35 kV線路保護動作

某110 kV變電站的35 kV母線空載時1回35 kV電纜線路送電時光纖電流差動保護動作跳閘。故障錄波器錄得故障波形如圖5所示，圖5中的波形自上至下依次為35 kV母線三相電壓、故障35 kV線路三相電流、接地變35 kV側(cè)三相電流。從故障波形可知A相電壓幅值接近零，接地變35 kV側(cè)三相電流幅值、相位相同，故障35 kV線路B、C相電流為零，A相電流幅值是接地變35 kV側(cè)單相電流幅值的3倍，且相位相反，這是典型的小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障特征。判斷為35 kV線路單相接地故障(見圖2中K2處)。

圖5 故障錄波二Fig.5 Fault recording Ⅱ

圖6 35 kV線路A相接地故障復合序網(wǎng)Fig.6 Compound sequence networks of A phase grounding fault in 35 kV line

A相故障點電流為

故障35 kV線路三相電流(TA3處)為

(6)

(7)

(8)

接地變35 kV側(cè)三相電流(TA1處)為

(9)

故障錄波中的三相電流波形特征與式(5)～(9)吻合?？紤]故障線路較短(不足1 km)及送電時系統(tǒng)空載，忽略系統(tǒng)阻抗、對地容抗、線路阻抗、過渡電阻，按主變阻抗3.216 Ω、接地變阻抗62.72 Ω、接地電阻33.68 Ω仿真得出的故障電流波形見圖7，與故障錄波波形也相吻合。核對保護定值為35 kV線路零序電流保護定值100 A，0.9 s；35 kV接地變零序電流保護定值30 A，第一時限1.4 s跳分段斷路器，第二時限1.7 s跳主變變低斷路器?？梢钥闯鲇捎诠收暇€路配置了光纖電流差動保護及電纜線路接地故障時的過渡電阻通常較小，線路保護與接地變保護的零序電流保護不完全配合才沒有導致保護誤動。

圖7 故障仿真二Fig.7 Fault simulation Ⅱ

3 繼電保護的整定

3.1 零序電流保護

結(jié)合第2節(jié)分析可知，接地變零序電流保護作為接地變和母線單相接地故障的主保護和系統(tǒng)各元件的總后備保護，應與母線各連接元件的零序電流保護完全配合。如第二個動作事件中，為躲區(qū)外單相接地故障時本線路的電容電流，故障線路的零序電流保護定值整定為100 A，則接地變零序電流保護定值至少為110 A，防止其越級誤動。對于城市軌道交通供電系統(tǒng)，其線路電容電流遠大于城市10 kV配電線路僅數(shù)十安培的電容電流，可能高達上百安培，若線路零序電流保護按躲區(qū)外單相接地故障時本線路的電容電流整定可能導致保護的靈敏度降低，此時應綜合考慮接地電阻的選擇，單相接地故障電流不宜過小，DL/T 584—2017《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》建議以1 000 A左右為宜[9-11]。

當接地變接于主變變低母線時，其零序電流保護2時限跳主變變低斷路器時應聯(lián)跳主變變高斷路器。若主變變低引出線發(fā)生單相接地故障(見圖2中K4處)，接地變零序電流保護動作跳主變變低斷路器后仍無法切除故障。而主變后備保護無法及時切除故障，如40 MVA、110/35 kV、10.5%主變及50 MVA、110/10 kV，16%主變的后備保護定值按主變額定電流整定，對500 A左右的單相接地故障是沒有靈敏度的，只能由單相接地故障發(fā)展至相間故障后動作切除。該變電站電源側(cè)的線路接地距離Ⅲ段四邊形保護也無法切除故障，其測量阻抗為

(10)

(11)

(12)

圖8 主變d側(cè)小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障，Y側(cè)接地距離保護的測量阻抗Fig.8 Measuring impedance of distance protection for a phase grounding fault in d side of main transformer

接地變零序電流保護必須采用其中性點零序TA(圖2中的TA0)，否則采用接地變Z側(cè)TA(圖2中的TA1)，接地變Z側(cè)引出線發(fā)生單相接地故障時(見圖2中K3處)，因接地變零序電流保護僅反映系統(tǒng)電容電流而不反映單相接地故障電流，而導致無法切除故障，其復合序網(wǎng)如圖9所示。

圖9 接地變Z側(cè)引出線A相接地故障復合序網(wǎng)Fig.9 Compound sequence networks of A phase grounding fault in Z side of grounder transformer

3.2 相間電流保護

小電阻接地系統(tǒng)中母線連接元件的相間電流保護與常規(guī)整定相同，但接地變的相間電流保護整定則與系統(tǒng)單相接地故障相關(guān)。結(jié)合第2節(jié)分析可知，為了保持零序通道有較大單相接地故障電流，讓零序電流保護靈敏反映單相接地故障，接地變相間電流保護在區(qū)外接地故障時不能誤動，否則失去接地中性點后故障變?yōu)椴唤拥叵到y(tǒng)的接地故障，將導致接地故障無法及時切除、弧光接地過電壓等不良后果。小電阻接地系統(tǒng)的相間故障電流遠大于單相接地故障電流，接地變電流速斷保護可以躲過區(qū)外接地故障時流過接地變的最大故障相電流。但過電流保護按此原則整定，則無法滿足對接地變0.4 kV故障的靈敏度，會導致故障擴大。如第一個動作事件中，接地變過電流保護按33 A整定，是無法躲過區(qū)外接地故障時流過接地變的約200 A相電流。工程實踐中，按躲過接地變額定電流，并保證對0.4 kV側(cè)故障有靈敏度整定，而通過延長動作時間來兼顧上述要求，動作時間大于接地變零序電流保護的動作時限。

4 結(jié) 語

1)為避免線路零序電流保護因躲區(qū)外單相接地故障時本線路電容電流整定而導致的靈敏度差甚至無靈敏度的問題，對于電容電流較大的系統(tǒng)，應綜合考慮接地電阻的選擇，單相接地故障電流不宜過小。

2)接地變零序電流保護應與母線各連接元件的零序電流保護完全配合。接地變零序電流保護應采用中性點接地電阻處的零序電流互感器，否則無法正確反映接地變Z側(cè)引出線單相接地故障。當接地變接于主變變低母線時，接地變零序電流保護動作應聯(lián)跳主變變高斷路器以避免死區(qū)故障。

3)接地變過電流保護應保證對接地變0.4 kV側(cè)故障有靈敏度，通過動作時間與接地變零序電流保護動作時間的配合在區(qū)外單相接地故障時不誤動以保持零序通道。