劉俊才 劉曉華 楊自光
(1. 鄂爾多斯電業(yè)局,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200;2. 呼和浩特供電局,呼和浩特 010020)
35kV不接地系統(tǒng)兩相異地接地故障分析
劉俊才1劉曉華2楊自光1
(1. 鄂爾多斯電業(yè)局,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200;2. 呼和浩特供電局,呼和浩特 010020)
本文主要針對(duì)目前35kV不接地系統(tǒng)發(fā)生兩相異地接地故障后,35kV系統(tǒng)整體電壓與不同出線電流會(huì)發(fā)生怎樣的變化,通過建立等效電路對(duì)此類故障的基本特征進(jìn)行介紹。同時(shí),通過對(duì)保護(hù)裝置及錄波器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了兩相異地接地故障保護(hù)動(dòng)作行為。
35kV不接地系統(tǒng);兩相短路故障;保護(hù)動(dòng)作
35kV不接地系統(tǒng)的兩相短路故障類型主要有3種類型,即兩相相間不接地短路故障、兩相相間同一地點(diǎn)接地短路故障,兩相相間不同地點(diǎn)接地短路故障。兩相相間不同地點(diǎn)接地故障主要包括兩種情況,同一出線的不同地點(diǎn)接地,不同出線的不同地點(diǎn)接地。不同相不同地點(diǎn)發(fā)生短路故障后,短路電流及母線都將會(huì)收到受接地點(diǎn)與接地電阻值的大小影響,所以發(fā)生兩點(diǎn)不同地點(diǎn)接地后,常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能準(zhǔn)確地反映出故障的情況,只能通過對(duì)本變電站內(nèi)及下一級(jí)變電站內(nèi)保護(hù)裝置的報(bào)文及保護(hù)裝置的動(dòng)作情況進(jìn)行總體分析,才能確定故障地點(diǎn)。不同地點(diǎn)接地故障的存在,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。下面通過一起小電流接地系統(tǒng)異地兩點(diǎn)接地故障為例,進(jìn)行分析探討。
故障前220kV庫(kù)布其站#1、#2主變并列運(yùn)行,35kV母聯(lián)斷路器310在合位,其余5條35kV線路均為運(yùn)行狀態(tài)。
354振庫(kù)線情況:3月 14日 13時(shí) 26分32s966ms,354振庫(kù)線CSC-213保護(hù)裝置保護(hù)起動(dòng),27ms后分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口,跳開354斷路器。IA相電流為0.127A,IB相電流為0.308A,IC相電流為52.3A。
經(jīng)檢查主變故障錄波器發(fā)現(xiàn),1號(hào)主變故障錄波器351低壓側(cè)B、C相發(fā)生大電流起動(dòng),2號(hào)主變故障錄波器352低壓側(cè)B、C相發(fā)生大電流起動(dòng)。1號(hào)主變、2號(hào)主變低壓側(cè)保護(hù)裝置均起動(dòng),未動(dòng)作出口跳閘。
352恩庫(kù)線情況:3月 14日 13時(shí) 26分33s017ms,352恩庫(kù)線RCS9613保護(hù)裝置保護(hù)起動(dòng),IA電流為0.91,IB電流為26.8A,IC電流為22.6A。保護(hù)未動(dòng)作出口跳閘。
352對(duì)側(cè)變電站進(jìn)線 313斷路器保護(hù)起動(dòng),未動(dòng)作出口跳閘。
35kV系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的接線方式如圖1所示。事故后,經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn),354振庫(kù)線C相發(fā)生接地故障。而352恩庫(kù)線線路無故障,保護(hù)未動(dòng)作。初步判斷為352對(duì)側(cè)變電站內(nèi)下一級(jí)發(fā)生B相接地故障。
如圖2所示,為中性點(diǎn)不接地35kV系統(tǒng)的等效電路圖,假定L1線路的B相在K1點(diǎn)發(fā)生接地故障,此時(shí),L1線路在 K1點(diǎn)的接地電流為3,如果L2線路的C相在同一時(shí)間K2點(diǎn)也發(fā)生了接地故障,那么L2線路在該點(diǎn)的零序電流為 IK(1C,1)3,L1出線與L2出線的故障相別分別是B、C兩相,即同時(shí)接地故障,對(duì)于主變壓器的低壓側(cè)M側(cè)與母線側(cè)來說,相當(dāng)于BC相間短路故障。
圖1 系統(tǒng)正常運(yùn)行方式接線圖
圖2 兩條出線不接地系統(tǒng)簡(jiǎn)化電路圖
對(duì)于L1出線、L2出線來說,母線側(cè)保護(hù)安裝處的某一相的相電壓等于短路點(diǎn)的該相電壓與輸電線路上所發(fā)生電壓降之和,即
M側(cè)與母線側(cè)(即主變低壓側(cè)),當(dāng)中性點(diǎn)電壓為NU時(shí),則B相、C相電壓平衡方程如下式所示,其中BE、CE為母線B、C點(diǎn)電壓,1Z、2Z為線路B、C故障點(diǎn)阻抗,1ZM、2ZM 分別為主變側(cè)阻抗值。
正如前面所述,當(dāng)不同線路的異地兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障時(shí),對(duì)于母線側(cè)與主變低壓側(cè)來說,相當(dāng)于相間故障,電流關(guān)系式為
將式(3)減式(4),得
將式(3)加式(4),得
根據(jù)圖3的相量圖可以看出,小接地電流系統(tǒng)異地兩相接地有如下特征:
圖3 主變低壓側(cè)電流電壓向量圖
1)發(fā)生接地相的相電壓為地電壓,不接地的另兩相電壓升高為線電壓。
2)當(dāng)發(fā)生接地任兩相在同一地點(diǎn)接地時(shí),這兩相電壓同時(shí)降低,大小相等。
3)當(dāng)發(fā)生接地的任兩相不在同一地點(diǎn)接地時(shí),這兩相電壓均降低,但是電壓小的一側(cè)靠近電源及母線側(cè),電壓大的遠(yuǎn)離母線側(cè)。
4)當(dāng)有接地電阻時(shí),接地點(diǎn)不在同一位置的兩相電壓降低,但是有接地電阻接地電壓數(shù)值較發(fā)生直接接地的電壓數(shù)值高。
不同線路不同地點(diǎn)接地故障與同一線路同一地點(diǎn)兩相短路不同的是兩相短路非故障相電壓保持不變,而是兩點(diǎn)異地接地故障時(shí)非故障相電壓升至約1.5倍原相電壓。
查看錄波器顯示,1號(hào)主變低壓側(cè)電流、電壓的波形圖可以判斷系統(tǒng)發(fā)生的是線路 B、C相兩相接地故障。1號(hào)主變低壓側(cè)保護(hù)裝置起動(dòng),B、C相均有短時(shí)間的大電流。
圖4 1號(hào)主變低壓側(cè)錄波圖
經(jīng)查證有關(guān)保護(hù)的定值,354振庫(kù)線分相差動(dòng)起動(dòng)電流為 2A,差動(dòng)動(dòng)作電流為 4A;過流二段為25A,時(shí)間為0.5s;過流三段為7A,1.2s(CT變比為250/5)。352恩庫(kù)線差動(dòng)起動(dòng)電流為5A;過流一段為35A,時(shí)間為0s;過流二段為15A,時(shí)間為0.5s;過流三段為7A,1.2s。
兩條線路保護(hù)動(dòng)作情況如下所述。
354振庫(kù)線情況:354振庫(kù)線發(fā)生 C相單相接地時(shí),C相無差流,裝置不會(huì)動(dòng)作。但保護(hù)裝置發(fā)生C相分相差動(dòng)出口跳閘。A相電流為0.027A,B相電流為0.000A,C相電流為52.3A。初步判定35kV系統(tǒng)內(nèi)存在另一點(diǎn) B相接地。隨后查看所有 35kV保護(hù)裝置,發(fā)現(xiàn) 352恩庫(kù)線保護(hù)起動(dòng),2017年 03月 14日 B相電流從 13∶24∶42.797至 13∶24∶42.829存在。
大小約峰值 38A(有效值 22A)左右<過流一段定值35A,持續(xù)時(shí)間約為32ms。C相電流在B相電流一個(gè)周波之后發(fā)生,C相電流大小約32A左右,持續(xù)時(shí)間約一個(gè)周波。故障發(fā)生點(diǎn)超出過流Ⅰ段保護(hù)范圍,過流Ⅰ段保護(hù)未動(dòng)作;由于故障持續(xù)時(shí)間太短,時(shí)間小于過流Ⅱ、Ⅲ段定值,過流Ⅱ、Ⅲ段也未動(dòng)作。
隨后,對(duì)352恩庫(kù)線對(duì)側(cè)恩格爾光伏變電站313進(jìn)線調(diào)查發(fā)現(xiàn),03月 14日 B相電流從 13∶24∶42.797至13∶24∶42.829存在,大小約峰值38A(有效值26.8A)左右,持續(xù)時(shí)間約為32ms。C相電流在B相電流一個(gè)周波之后發(fā)生,C相電流為峰值32A(有效值22.6A),持續(xù)時(shí)間約20ms,發(fā)展成B、C相相間故障持續(xù)時(shí)間約20ms。由于313保護(hù)未投過流保護(hù),313進(jìn)線保護(hù)起動(dòng),未動(dòng)作出口。
圖5 系統(tǒng)整體接線一次圖
經(jīng)過對(duì)比,352與 313大小相等,相位相反??梢耘袛喑?,該電流為穿越性電流,差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作,屬于區(qū)外故障。然后繼續(xù)向下一級(jí)巡視,發(fā)現(xiàn)恩格爾光伏變電站35kV母線下一級(jí)進(jìn)線316開關(guān)跳閘。
316 3#光伏進(jìn)線3月14日13∶25∶31.195,保護(hù)整組起動(dòng);13∶25∶31.215,B相Ibmax為74.67A,過流Ⅰ段單相接地故障。
通過上面的分析可以看出,如圖所示,352恩庫(kù)線對(duì)端電廠的316 3#光伏進(jìn)線至光伏升壓變壓器段從2月17日開始發(fā)生過多次B相單相接地,BC相間故障,過流Ⅰ段動(dòng)作。316 3#光伏進(jìn)線至光伏升壓變壓器段B相電纜絕緣較弱,導(dǎo)致B相發(fā)生接地故障。
本文利用 35kV不接地系統(tǒng)不同線路發(fā)生兩點(diǎn)異地接地故障的保護(hù)動(dòng)作的報(bào)文,最終明確了線路故障點(diǎn)。通過電流電壓公式的推導(dǎo),作出故障后相量圖,并通過分析系統(tǒng)一次接線圖,將此類故障進(jìn)行明確展示。同時(shí),對(duì)本次故障主變、線路錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比,解釋說明了本次故障相關(guān)保護(hù)的動(dòng)作行為。
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Ground Faultanalysis of 35kV Ungrounded Systems in Different Places
Liu Juncai1Liu Xiaohua2Yang Ziguang1
(1. Ordos Power Supply Bureau, Ordos, Inner Mongolia 017200;2. Hohhot Power Supply Bureau, Hohhot 010020)
This paper mainly aims at the ground fault analysis of 35kV ungrounded systems in different places the 35kV overall voltage system and different wire current will occur, the fault characteristics are introduced through the establishment of equivalent circuit. At the same time, the protection action of this kind of fault is verified through analyzing the data of protection device and recorder.
35kV ungrounded system; two phase short circuit fault; protections
劉俊才(1984-),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人,研究生,工程師,從事繼電保護(hù)專業(yè)工作。