10kV不接地系統(tǒng)的零序保護方式

岳福崗，甄 明，張途晟

(黑龍江省火電第一工程公司，黑龍江哈爾濱150090)

1 故障現(xiàn)象及分析

亞美尼亞110/35/10 kV變電站改造工程是拆除原有舊設(shè)備，安裝新的國產(chǎn)設(shè)備。10 kV配電裝置采用江蘇東源開關(guān)柜，10 kV配電裝置有40多個供電回路，每個回路都有零序電流互感器，并配有南京深科博業(yè)MR301P通用型保護測控裝置。

在變電站改造完成投入運行一段時間后，發(fā)生了10 kV多個開關(guān)同時跳閘現(xiàn)象，到現(xiàn)場查看10 kV保護裝置故障記錄都是零序保護動作，其中有一條回路的零序電流比其它回路大。在對該回路檢查時發(fā)現(xiàn)其一次電纜有一相接地，其它兩相沒有接地，查看保護定值零序電流一次都是5A。

經(jīng)分析:在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，非故障線路零序電流的大小等于本線路的接地電容電流，故障線路零序電流的大小等于所有非故障線路的零序電流之和，也就是所有非故障線路的接地電容電流之和。通常故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大，這樣由于每個回路的電纜長度不同、電纜截面不同，每個回路的對地電容電流就不同。

2 判斷故障的幾種方法

2.1 利用零序電壓判斷接地線路

用10 kV母線上的電壓互感器，其一次線圈接成星形，二次繞組有兩個線圈，一個接成星形、另一個接成開口三角形，分別供給電壓互感器柜上所配的DMR381P電壓互感器保護測控裝置保護測量電壓、零序電壓。系統(tǒng)正常時，三相電壓正常，三相電壓之和為零，開口三角形的二次線圈電壓為零，DMR381P電壓互感器保護測控裝置不動作。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，開口三角形的二次端出現(xiàn)零序電壓，DMR381P電壓互感器保護測控裝置零序電壓大于設(shè)定值時，經(jīng)可設(shè)定的延時時間，保護動作，發(fā)出系統(tǒng)接地故障的報警預(yù)告信號，聲光報警通知運行人員會及時趕到配電間，檢查各條線路的綜合保護裝置的零序電流。這種方法找故障的線路時間長不能迅速跳開故障回路，所以不采用。

2.2 利用MR301P通用型保護測控裝置中零序電流保護

在中性點不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時，非故障線路零序電流的大小等于本線路的接地電容電流。根據(jù)這一原則，利用MR301P通用型保護測控裝置零序電流保護區(qū)分出接地故障線路。這樣首先根據(jù)每條線路的長度、截面由公式計算出對地的電容電流給出相應(yīng)的零序保護定值每條線路不一樣。當(dāng)線路發(fā)生單相接地時，會產(chǎn)生零序電流，零序電流由專用的零序互感器輸入裝置，當(dāng)零序電流大于設(shè)定的零序電流定值時，經(jīng)可設(shè)定的延時時間，保護動作，跳開關(guān)。這種方法需要計算出每條線路的電容電流。由于10 kV出線回路較多，并且每個線路到下一級變電站，又是T接出其它線路，又是電纜，又是架空線路長度截面，不好統(tǒng)計，情況復(fù)雜，不利于計算，即使計算出來也不十分準(zhǔn)確，會造成開關(guān)誤動現(xiàn)象，所以這種方法也不被采用。

2.3 利用MR301P通用型保護測控裝置中零序電流帶方向保護(零序功率原理)

在中性點不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時，非故障線路的零序電流超前零序電壓90°，故障線路的零序電流滯后零序電壓90°，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相位相差180°。根據(jù)這一原則，可以利用零序方向元件區(qū)分出接地故障線路。對不接地電網(wǎng)，可采用零序電壓、零序電流的基波分量作判據(jù)，如圖1所示［1］。

圖1 單相接地時，三相系統(tǒng)中電容、電流的分布

當(dāng)饋出線正常運行時，由于線路與大地間存在分布電容，因此零序電流(3I0)超前零序電壓(3U0)90°，其方向為母線流向線路;當(dāng)饋出線發(fā)生單相接地時，該線路始端的零序電流(3I0)為整個電網(wǎng)非故障元件的零序電容電流之和，其方向流向母線。因此，保護測控裝置單相接地選線的判斷條件為:

1)零序電流(3I0)大于設(shè)定值。

2)零序電壓(3U0)大于設(shè)定值。

3)零序功率方向滿足。

滿足上述條件且經(jīng)過設(shè)定時間，接地保護動作，跳開相應(yīng)回路，如圖2所示。采用這種保護方式可以滿足電網(wǎng)的要求，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

圖2 動作區(qū)圖

3 一次零序電流互感器電纜接線的注意事項

3.1 零序電流互感器穿過電力電纜和接地線時，不論零序電流互感器與電纜頭接地線的相對位置如何，零序電流互感器與接地線的關(guān)系應(yīng)掌握一個原則:電纜兩端端部接地線與電纜金屬護層、大地形成的閉合回路不得與零序電流互感器匝鏈，即當(dāng)電纜接地線在零序電流互感器以下時，接地線應(yīng)直接接地;接地線在零序電流互感器以上時，接地線應(yīng)穿過零序電流互感器接地，同時，由電纜頭至零序電流互感器的一段電纜金屬護層和接地線應(yīng)對地絕緣，對地絕緣電阻值應(yīng)不低于50 kΩ，防止電纜接地時的零序電流在零序電流互感器前面泄漏，造成誤判斷。

3.2 零序電流互感器的極性。各配電線路的零序電流互感器的極性必須一致，并滿足廠家要求(一般沿配電盤柜向線路方向流出為正)。

3.3 某些線路出線為雙電纜時。為保證線路零序電流的準(zhǔn)確測量，每條出線電纜應(yīng)盡可能采用一根電纜，對負(fù)荷較大的線路可采用大截面銅心電纜;采用雙電纜并列時，應(yīng)盡可能選用內(nèi)徑較大的零序電流互感器，將兩根電纜同時穿入零序互感器。

4 整體調(diào)試

安裝完畢，一、二次線接完后，10 kV配電裝置沒送電之前必須做好系統(tǒng)調(diào)試，以利于及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題。

1)在10 kV配電間母線電壓互感器柜內(nèi)將電壓互感器拉至檢修位，斷開二次插頭，防止二次加壓反到一次帶電。

2)用繼電保護綜合測試儀電流電壓測試項，將TV開口三角的零序電壓引出線a相頭(極性端)引出線接繼電保護綜合測試儀A相電壓輸出端子、將TV開口三角的零序電壓引出線c相尾(非極性端)引出線接繼電保護綜合測試儀N相電壓輸出端子，模擬零序電壓。

3)將一跟導(dǎo)線穿過零序電流互感器，導(dǎo)線一端接繼電保護綜合測試儀A相電流輸出端子，另一端接繼電保護綜合測試儀N相電電流輸出端子，摸擬一次零序電流，方向是由母線流向線路。

4)打開繼電保護綜合測試儀調(diào)整電流電壓幅值輸入所給電流電壓定值，使電流超前電壓90°，調(diào)整電流電壓保護不動，使電流滯后電壓90°，調(diào)整電流電壓保護動作，跳開關(guān)，這說明保護動作正確，滿足要求，可以投入使用。

5 結(jié)束語

通過上述分析，10 kV不接地系統(tǒng)零序保護方 式最佳方案為零序電流帶方向保護與零序電壓報 警系統(tǒng)的結(jié)合使用，這樣，即使發(fā)生單相接地，零序 電流也不一定滿足零序電流定值或方向要求而產(chǎn) 生保護拒動，而且，這時零序電壓報警系統(tǒng)會通知 運行人員進(jìn)行故障處理，避免了事故勢態(tài)擴大，提 高了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

［1］霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護［M］.北京:中國電力出版社，2008.