趙博識(shí)，王迎來(lái)

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼北區(qū)中壓供配電系統(tǒng)均采用電纜供電線路，系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大，在出現(xiàn)接地故障時(shí)為了能快速切除線路故障，在10 kV 母線上加裝“Z”型接地變小電阻接地，為10 kV 系統(tǒng)提供中性點(diǎn)接地。當(dāng)10 kV 電纜出線發(fā)生接地故障時(shí)系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)零序電流，保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障線路［1］，其特點(diǎn)是保護(hù)靈敏度高。雙回路供電高配在不停電倒負(fù)荷時(shí)需進(jìn)行合環(huán)操作，即把系統(tǒng)中的線路、變壓器和斷路器組成一個(gè)閉合的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。針對(duì)兩起合環(huán)時(shí)零序電流保護(hù)誤動(dòng)作原因進(jìn)行查找，分析多并電纜阻抗不平衡對(duì)零序電流保護(hù)的影響。

1 事件現(xiàn)象

1.1 新燒變保護(hù)誤動(dòng)

馬鋼北區(qū)新燒變電所二級(jí)用戶高配燒結(jié)B中控正常運(yùn)行方式為開(kāi)環(huán)運(yùn)行，在燒結(jié)B 中控合環(huán)倒負(fù)荷過(guò)程中，上級(jí)新燒變110 kV 及10 kV 系統(tǒng)依次合環(huán)后，即700 和9506 開(kāi)關(guān)合閘后，在燒結(jié)B 中控合10 kV 母聯(lián)95506 開(kāi)關(guān)時(shí)，上級(jí)新燒變電所燒結(jié)B 中控9533 開(kāi)關(guān)零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，動(dòng)作值43 A，0.6 s（整定值35 A，0.6 s）。另一路燒結(jié)B 中控9532開(kāi)關(guān)零序保護(hù)啟動(dòng)，在9533開(kāi)關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作跳閘后，9532 開(kāi)關(guān)零序保護(hù)啟動(dòng)返回，新燒變一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 新燒變一次系統(tǒng)圖

1.2 煉鋼變保護(hù)誤動(dòng)

馬鋼北區(qū)煉鋼變電所二級(jí)用戶高配3#排澇泵房正常運(yùn)行方式同為為開(kāi)環(huán)運(yùn)行，在3#排澇泵房合環(huán)倒負(fù)荷過(guò)程中，上級(jí)煉鋼變10 kV 系統(tǒng)合環(huán)后，即9256 開(kāi)關(guān)合閘后，在3#排澇泵房合10 kV 母聯(lián)931106 開(kāi)關(guān)時(shí)，上級(jí)煉鋼變電所3#排澇泵房9275開(kāi)關(guān)零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，出現(xiàn)與新燒變燒結(jié)B中控9532開(kāi)關(guān)類似跳閘事件，煉鋼變一次系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 煉鋼變一次系統(tǒng)圖

2 事件原因分析

通常情況下，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)零序電流保護(hù)動(dòng)作的原因有：系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障、保護(hù)裝置有缺陷導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)、零序電流互感器接線不規(guī)范或故障、系統(tǒng)有不平衡電流等。下面以燒結(jié)B 中控9533 開(kāi)關(guān)跳閘為例，針對(duì)這幾種原因進(jìn)行逐一排查。

2.1 檢查電纜的絕緣性能

9533 線路電纜型號(hào)為雙并ZR-YJV-10 kV（3×240 mm2），9532線路電纜型號(hào)為三并ZR-YJV-10 kV（3×240 mm2）。使用1 萬(wàn)伏兆歐表遙測(cè)電纜的相間及對(duì)地絕緣電阻均合格，排除電纜故障可能。

2.2 動(dòng)作波形檢查

根據(jù)新燒變電所綜自后臺(tái)故障錄波分析，各相電壓、相電流波形對(duì)稱，幅值無(wú)明顯異常，可以驗(yàn)證無(wú)實(shí)質(zhì)接地現(xiàn)象發(fā)生。在合環(huán)期間，零序電流始終存在，并且其波形呈工頻正弦波，有效值無(wú)變化，故障錄波如圖3 所示。在合環(huán)期間，除9532、9533 保護(hù)啟動(dòng)外，新燒變電所接地變、PT 等保護(hù)均未啟動(dòng)動(dòng)作，再次驗(yàn)證無(wú)實(shí)質(zhì)接地發(fā)生。

圖3 故障錄波

2.3 檢查零序電流互感器

檢查零序電流互感器安裝是否規(guī)范，二次端子有無(wú)松動(dòng)，電纜屏蔽接地安裝是否正確，對(duì)零序電流互感器進(jìn)行伏安特性測(cè)試和絕緣電阻檢測(cè)，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示均為正常。

2.4 檢查保護(hù)定值及裝置的可靠性

核對(duì)9532開(kāi)關(guān)零序電流互感器變比，檢查保護(hù)裝置二次電流值均正確。9533 開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)動(dòng)作電流大于保護(hù)定值，屬于正常開(kāi)關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作。用繼電保護(hù)儀模擬電流通過(guò)零序電流互感器校驗(yàn)動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)限，均合格。

2.5 零序電流檢測(cè)

系統(tǒng)合環(huán)時(shí)9533開(kāi)關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作跳閘，說(shuō)明在系統(tǒng)合環(huán)中零序電流互感器檢測(cè)到了零序電流，為驗(yàn)證其真實(shí)性，將9533、9532 開(kāi)關(guān)零序電流保護(hù)解除，系統(tǒng)合環(huán)期間用鉗形電流表測(cè)燒結(jié)B 中控多并電纜中每條電纜的不平衡電流，見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)零序電流記錄表 單位：A

3 零序保護(hù)誤動(dòng)作原因分析

經(jīng)過(guò)上述分析，可以排除系統(tǒng)接地故障、保護(hù)裝置問(wèn)題、零序CT故障等原因引起零序電流保護(hù)誤動(dòng)作。而零序電流保護(hù)在運(yùn)行中可能存在以下問(wèn)題：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)三相電壓不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)零序電流。例如變壓器三相參數(shù)不同引起的不對(duì)稱運(yùn)行，斷路器正常環(huán)并運(yùn)行情況下，由于斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)的零序環(huán)流［2］，都可能導(dǎo)致零序電流保護(hù)啟動(dòng)并動(dòng)作。

在合環(huán)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)9533、9532 饋線電纜的每一根均存在零序電流，說(shuō)明在多并電纜中電流并不平衡，用鉗形電流表測(cè)新燒變其它多并電纜中每根電纜的不平衡電流，除極個(gè)別大于1 A 外，均在1 A 以下，說(shuō)明不平衡電流的出現(xiàn)并不多見(jiàn)。正常情況下線路零序電流3I0=Ia+Ib+Ic=0，多并電纜中運(yùn)行電流的分配與線路阻抗成反比，9532、9533 線路電纜長(zhǎng)度為0.8 km，電纜的運(yùn)行參數(shù)受敷設(shè)環(huán)境、電纜布置排列、接線電阻、周圍回路干擾等因素的影響，導(dǎo)致9532、9533多并電纜各相阻抗不平衡，電流通過(guò)多并電纜時(shí)出現(xiàn)不對(duì)稱運(yùn)行，從而導(dǎo)致零序電流的產(chǎn)生。

合環(huán)運(yùn)行時(shí)，可等效成9533、9532 共5 條電纜并聯(lián)運(yùn)行，5 條線路總零序電流為零，其中各條線路各相電流按阻抗反比分配，9533 開(kāi)關(guān)的零序電流等于連接該開(kāi)關(guān)柜雙并電纜各相電流之和，即3I0=IL1a+IL2a+IL1b+IL2b+IL1c+IL2c，無(wú)論是上述哪一相出現(xiàn)不平衡電流都會(huì)使9533 開(kāi)關(guān)零序電流3I0＞0，9532 出現(xiàn)與其大小相等方向相反的零序電流。而三相不平衡電流與負(fù)荷電流或系統(tǒng)環(huán)流成正比關(guān)系，隨著燒結(jié)B 中控新增設(shè)備的投運(yùn)，負(fù)荷增大、電流增加，導(dǎo)致合環(huán)時(shí)零序電流放大，大于整定值后跳閘。

在開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，9533 線路多并電纜每只零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)抵消了各條電纜產(chǎn)生的不平衡電流，零序電流3I0基本為0，這也是正常開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)能夠保證保護(hù)可靠不動(dòng)作的原因。

針對(duì)3#排澇合環(huán)時(shí)出現(xiàn)的煉鋼變9275 開(kāi)關(guān)零序電流保護(hù)動(dòng)作跳閘，分析為，其線路電纜型號(hào)為ZR-YJV-10 kV（1×400 mm2），檢查發(fā)現(xiàn)該單芯電纜為電纜隧道和直埋敷設(shè)，敷設(shè)路徑環(huán)境復(fù)雜，由于電纜敷設(shè)不規(guī)范，互感不一致導(dǎo)致電流分配不均造成合環(huán)時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

4 應(yīng)對(duì)措施

（1）在燒結(jié)B 中控及3#排澇泵房系統(tǒng)合環(huán)倒負(fù)荷時(shí)，先退出兩路出線零序電流保護(hù)，待解環(huán)后，再重新投入零序電流保護(hù)，以防止零序保護(hù)誤動(dòng)作造成房所停電事件。

（2）合環(huán)前，觀察系統(tǒng)電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)主變壓器有載調(diào)壓分接頭調(diào)整10 kV母線電壓，減少10 kV母線電壓差，減小環(huán)流，避免環(huán)流引起的不平衡電流放大。

（3）對(duì)于從保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯上優(yōu)化避免出現(xiàn)誤動(dòng)作，將零序電流保護(hù)增加零序電壓閉鎖條件，若零序電壓大于零序電壓門檻值、零序電流大于零序電流門檻值，則允許零序保護(hù)動(dòng)作，否則，閉鎖零序電流保護(hù)。在零序保護(hù)中加入了零序電壓閉鎖條件，可以防止電纜阻抗不平衡造成無(wú)故障線路保護(hù)誤動(dòng)，提高了零序保護(hù)的可靠性。

（4）針對(duì)單芯電纜要嚴(yán)格規(guī)范施工，要采用“品”字形或三相電纜交替敷設(shè)，減少互感不一致出現(xiàn)的電流分配不均勻現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過(guò)分析系統(tǒng)合環(huán)時(shí)零序電流保護(hù)誤動(dòng)作事件，發(fā)現(xiàn)了多并電纜運(yùn)行時(shí)不平衡電流的問(wèn)題，并提出了防止合環(huán)時(shí)開(kāi)關(guān)零序電流保護(hù)誤動(dòng)的有效措施，避免類似事件的再次發(fā)生，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。