配網(wǎng)多臺(tái)分界開關(guān)同時(shí)誤動(dòng)事故分析

耿 晉，孔 寧，時(shí) 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(duì)集中型和就地型饋線自動(dòng)化兩種典型模式的重要補(bǔ)充［1-2］。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，分界開關(guān)零序過流保護(hù)誤動(dòng)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(duì)某變電站同一母線配出線路上多臺(tái)分界開關(guān)因接地故障同時(shí)誤動(dòng)問題，進(jìn)行分析并給出事故原因及改進(jìn)措施。

1 故障經(jīng)過

1.1 跳閘情況

如圖1所示，A站運(yùn)行方式為線變組分列運(yùn)行，即M線帶1號(hào)變壓器、10 kV I母線負(fù)荷，Ⅰ段10 kV無消弧補(bǔ)償，N線帶2號(hào)變壓器、10 kVⅡ母線負(fù)荷，Ⅱ段10 kV有消弧補(bǔ)償。

某日 17∶13∶06—17∶13∶07，A 站 10 kV Ⅱ線 2 號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)、10 kVⅠ線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02D開關(guān)共計(jì)兩條分支線路幾乎同時(shí)發(fā)生接地故障跳閘。17∶13∶56—17∶13∶57， 同站 10 kV Ⅰ線 5 號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)、10 kVⅡ線4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜04C開關(guān)、7號(hào)環(huán)網(wǎng)柜07C開關(guān)、10 kVⅢ線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02C開關(guān)、5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05D開關(guān)、4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜04D開關(guān)，共計(jì)6條分支線路幾乎同時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)無故障信息。

表1 Ⅰ線5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)參數(shù)及保護(hù)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(shí)跳閘，應(yīng)為分界開關(guān)區(qū)域外接地故障導(dǎo)致誤動(dòng)，同時(shí)考慮10 kVⅡ線主線故障跳閘，遂對(duì)非Ⅱ線的分支開關(guān)逐一進(jìn)行了試送。17∶30，對(duì)I線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02D開關(guān)、5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)，Ⅲ線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02C開關(guān)、5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05D開關(guān)、4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜04D開關(guān)進(jìn)行逐一試送，均成功恢復(fù)送電。

對(duì)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(hào)環(huán)網(wǎng)柜01B開關(guān)至2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02A開關(guān)之間電纜故障、2號(hào)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(hù)配置情況

以I線5號(hào)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(hù)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(hù)定值設(shè)定均與I線5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)零序保護(hù)定值、時(shí)限相同，即零序定值數(shù)值為1.6 A，延時(shí)為60 s。

2.2 分界開關(guān)控制器動(dòng)作信息及SOE事件記錄

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

表2 Ⅰ線5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)控制器動(dòng)作信息

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

表3 分界開關(guān)跳閘時(shí)SOE事件記錄

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

2.3 分界開關(guān)零序保護(hù)定值校驗(yàn)

變電站10 kV系統(tǒng)多為小電流接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式［3］。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的故障電流僅為本系統(tǒng)線路的對(duì)地電容電流，尤其對(duì)有消弧補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(diǎn)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(hù)安裝處后故障時(shí)流過本保護(hù)的接地電容電流整定。

結(jié)合案例進(jìn)行分析，A站10 kV系統(tǒng)共有N條出線，通過統(tǒng)計(jì)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(duì)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(hào)環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)零序動(dòng)作整定值為例，該開關(guān)在接地情況下正確動(dòng)作跳閘，零序電流為A站10 kVⅡ線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜02E開關(guān)以下分支線路發(fā)生接地故障時(shí)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(yùn)行，兩段母線各自出線發(fā)生接地故障時(shí)，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(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)兩種情況進(jìn)行計(jì)算分析。

1）中性點(diǎn)不接地的I母線系統(tǒng)。

此時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dāng)A站10 kVⅠ線5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜05C開關(guān)以下發(fā)生接地故障時(shí)，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(bǔ)償后的殘流，其值估算為

式中：IL為消弧補(bǔ)償電流，A。

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(yùn)行情況下，中性點(diǎn)的長時(shí)間位移電壓不超過電網(wǎng)標(biāo)稱電壓的15%，故障點(diǎn)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(yīng)在 10 A以下。

考慮區(qū)內(nèi)接地動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)的分界開關(guān)下所接帶的負(fù)荷大多為小區(qū)負(fù)荷、長線路分支，負(fù)荷均較重，線路自身對(duì)地電容電流會(huì)更大，以誤跳閘的分界開關(guān)為例，A站10 kV I線5號(hào)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(shí)，考慮區(qū)外接地可靠不動(dòng)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(shí)開關(guān)零序電流定值無可整定范圍。

綜合有消弧補(bǔ)償和無消弧補(bǔ)償兩種情況的分析計(jì)算，可知分界開關(guān)零序過流整定值在無消弧補(bǔ)償且系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大時(shí)可整定范圍較寬，可在一定程度上保證接地零序保護(hù)的可靠性和靈敏性；但在有消弧補(bǔ)償時(shí)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(shí)，分支線對(duì)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(dòng)作原因分析

案例中I線、Ⅲ線共計(jì)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(hù)配置情況如表1所示。此次誤動(dòng)作的分界開關(guān)以下所接帶的負(fù)荷均為大分支長線路，且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理，分支電纜比重大，導(dǎo)致分界開關(guān)控制器零序過流保護(hù)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(hù)誤動(dòng)作，這是事故的主要原因。

3 對(duì)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(hù)不正確動(dòng)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(jì)5條分支區(qū)外接地故障誤跳閘。

10 kV配電自動(dòng)化線路分界開關(guān)接地零序過流保護(hù)不正確動(dòng)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(dòng)環(huán)網(wǎng)柜及分界開關(guān)以下所接帶負(fù)荷情況看，誤動(dòng)分支線路多為大分支線路，其自身對(duì)地分布電容電流較大，系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)造成誤動(dòng)作跳閘。系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、本分支對(duì)地電容電流占系統(tǒng)對(duì)地電容電流的比例這些將影響零序保護(hù)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(hù)原理不同，定值整定沒有統(tǒng)一的規(guī)程，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試人員往往根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或廠家說明書進(jìn)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(chǎng)安裝調(diào)試人員根據(jù)開始負(fù)荷分支接入情況，即對(duì)環(huán)網(wǎng)柜分界開關(guān)設(shè)置整定值。但隨著負(fù)荷的不斷接入，由于分支用戶設(shè)備參數(shù)上報(bào)不及時(shí)或未上報(bào)，原整定值未能及時(shí)更改，導(dǎo)致原整定值存在不滿足運(yùn)行負(fù)荷的情況。

這些因素對(duì)保證配網(wǎng)分界開關(guān)控制器保護(hù)的靈敏性和可靠性增加了難度，同時(shí)對(duì)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(hù)具有較高的可靠性和靈敏性，一方面，應(yīng)保證分界開關(guān)安裝位置的合理性，應(yīng)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(yīng)考慮站內(nèi)消弧補(bǔ)償問題，有消弧補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，分界開關(guān)零序保護(hù)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(hù)不正確動(dòng)作問題根源

區(qū)外故障誤動(dòng)的分界開關(guān)下接帶了大分支負(fù)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(duì)地電容電流較大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極不合理。

站內(nèi)消弧線圈的補(bǔ)償作用，使分界開關(guān)零序保護(hù)可整定范圍縮小，極不容易兼顧保護(hù)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(hù)定值，設(shè)備異動(dòng)參數(shù)報(bào)送存在較大困難。

配電網(wǎng)自動(dòng)化線路設(shè)備異動(dòng)頻繁、情況復(fù)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(dòng)參數(shù)報(bào)送準(zhǔn)確性無法保證。

3.3 分界開關(guān)零序保護(hù)不正確動(dòng)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(hù)的局限性。為保證分界開關(guān)控制器接地零序保護(hù)的可靠性和靈敏性，應(yīng)對(duì)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(duì)由于配網(wǎng)拓?fù)浣Y(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(shí)，零序過流保護(hù)應(yīng)可靠退出。

建立統(tǒng)一的配網(wǎng)保護(hù)定值計(jì)算管理平臺(tái)，對(duì)配網(wǎng)設(shè)備異動(dòng)和設(shè)備參數(shù)報(bào)送、定值計(jì)算進(jìn)行有效的管理。

4 結(jié)語

分界開關(guān)零序保護(hù)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(duì)于消弧線圈接地配網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)消弧線圈投入補(bǔ)償后，殘流非常小，存在保護(hù)區(qū)內(nèi)單相接地故障保護(hù)不能動(dòng)的可能。分界開關(guān)用于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)時(shí)，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(huì)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(dòng)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(hù)定值計(jì)算管理平臺(tái)幾個(gè)方面考慮，充分保證配電網(wǎng)分界開關(guān)動(dòng)作的正確性，避免因保護(hù)誤動(dòng)作引起的停電。