35 kV 集電線路單相接地故障擴(kuò)大至接地變壓器保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的事件分析

張慶波，王 宇，騰依海，潘冬慧

(1. 吉林龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，長(zhǎng)春 130022；2. 吉林建筑大學(xué)，長(zhǎng)春 130118)

0 引言

目前，風(fēng)電場(chǎng)變電站35 kV 集電線路多采用加裝接地變壓器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“接地變”)構(gòu)成低阻接地的接線方式，形成1 條零序電流通道，以便當(dāng)主變低壓側(cè)35 kV 母線及其所帶集電線路(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“35 kV 系統(tǒng)”)發(fā)生接地故障時(shí)，可根據(jù)接地點(diǎn)所在位置，由相應(yīng)零序保護(hù)有選擇性地動(dòng)作，將接地故障隔離，以防電弧重燃引發(fā)過(guò)電壓，從而保證電網(wǎng)設(shè)備的安全[1]。

當(dāng)變電站運(yùn)行正常時(shí)，35 kV 集電線路接地保護(hù)處于正常投入狀態(tài)；一旦發(fā)生接地故障，35 kV集電線路保護(hù)裝置能夠快速隔離接地故障點(diǎn)，保證設(shè)備的安全。本文以某風(fēng)電場(chǎng)為例，通過(guò)該風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生的一起35 kV 集電線路單相接地故障擴(kuò)大至接地變保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的事件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)此類(lèi)故障進(jìn)行了分析，并提供了解決辦法。

1 事件分析

2016 年11 月23 日，某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生了35 kV集電線路單相接地故障，詳細(xì)情況的后臺(tái)報(bào)文如表1 所示。表中，SOE 為事件順序記錄(sequence of event)，記錄故障發(fā)生的時(shí)間和事件的類(lèi)型。

表1 35 kV 集電線路單相接地故障的后臺(tái)報(bào)文Table 1 Background messages of single phase ground fault of 35 kV collecting line

通過(guò)表1 的報(bào)文可看出，21:00:10.072 時(shí)，35 kV 1 號(hào)接地變零序過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作使35 kV 1 號(hào)接地變開(kāi)關(guān)跳閘；經(jīng)過(guò)約35 s， 35 kV 集電01 線過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作，35 kV 集電01 線開(kāi)關(guān)跳閘；35 kV 集電01 線開(kāi)關(guān)跳閘后，故障消除，全站事故總信號(hào)復(fù)歸。

1.1 保護(hù)定值的分析

針對(duì)此事件進(jìn)行討論，保護(hù)定值情況如表2所示。

表2 保護(hù)定值表Table 2 Protection setting

從表2可以看出，各段零序保護(hù)定值邏輯正確。

1.2 故障報(bào)文分析

對(duì)該事件的故障報(bào)文進(jìn)行分析，主要從保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確性、邏輯關(guān)系正確性方面進(jìn)行深入分析，分析結(jié)果如下：

1)對(duì)35 kV 1 號(hào)接地變保護(hù)裝置的報(bào)文進(jìn)行檢查，該保護(hù)裝置的報(bào)文如表3 所示。

表3 35 kV 1 號(hào)接地變保護(hù)裝置的報(bào)文Table 3 35 kV No.1 ground transformer protection device message

保護(hù)裝置的報(bào)文顯示，35 kV 1 號(hào)接地變故障零序電流大于零序過(guò)流I 段保護(hù)定值，零序過(guò)流I 段保護(hù)正確動(dòng)作。

2)對(duì)35 kV 集電01 線保護(hù)裝置的報(bào)文進(jìn)行檢查，該保護(hù)裝置的報(bào)文如表4 所示。

保護(hù)裝置的報(bào)文顯示，35 kV 集電01 線沒(méi)有零序保護(hù)動(dòng)作，35 kV 集電01 線故障電流大于過(guò)流I 段保護(hù)定值，過(guò)流I 段保護(hù)正確動(dòng)作。

表4 35 kV 集電01 線保護(hù)裝置的報(bào)文Table 4 35 kV collecting 01 line protection device messages

3)故障錄波顯示，35 kV 1 號(hào)接地變跳閘前，35 kV 母線的三相電壓分別為UA=33.9 kV、UB=2.8 kV、UC=35.2 kV，35 kV 集電01 線零序電流為0.69 A；在35 kV 集電01 線跳閘后，母線電壓恢復(fù)正常。

4)故障錄波顯示，35 kV 集電01 線跳閘前，35 kV 集電01 線BC 相之間最大電流達(dá)到30.451 A。

由此推斷，單相接地故障發(fā)生在35 kV 集電01 線B 相的某一點(diǎn)，由于35 kV 集電01 線環(huán)形零序電流互感器(CT)未能有效檢測(cè)到零序電流，35 kV 集電01 線零序過(guò)流保護(hù)未能有效動(dòng)作，導(dǎo)致35 kV 1 號(hào)接地變?cè)郊?jí)跳閘。35 kV集電01 線B 相對(duì)C 相電纜持續(xù)放電，導(dǎo)致C相電纜絕緣被破壞，發(fā)生相間短路，35 kV 集電01 線過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作，35 kV 集電01 線開(kāi)關(guān)跳閘。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，35 kV 集電01 線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)高壓電纜B、C 相絕緣被破壞，發(fā)生相間短路，與推斷結(jié)論相符。

1.3 35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 的運(yùn)行情況分析

35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 基于基爾霍夫電流定律(KCL)，即：假設(shè)流入某節(jié)點(diǎn)的電流為正值，流出電流為負(fù)值，則此節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。圖1 為35 kV 系統(tǒng)接地電流分布圖。圖中，G 點(diǎn)和H 點(diǎn)為電纜兩端外鎧接地點(diǎn)，G 點(diǎn)、H 點(diǎn)以上部分代表電纜兩端外鎧，G 點(diǎn)、H 點(diǎn)以下部分代表大地良導(dǎo)體；Id為環(huán)形零序CT 檢測(cè)到的零序電流；Idp、Idq為電纜兩端外鎧接地點(diǎn)至接地故障點(diǎn)所流經(jīng)的電流。

如圖1 所示，正常情況下，當(dāng)D 點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 檢測(cè)到的零序電流Id=3I0=Idp+Idq。而當(dāng)35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 把外鎧也套住時(shí)，環(huán)形零序CT 檢測(cè)到的零序電流Id=3I0－Idp=Idq，該值遠(yuǎn)小于實(shí)際零序電流值。此種情況時(shí)零序保護(hù)的靈敏度會(huì)大幅降低， 容易造成保護(hù)拒動(dòng)的情況[2]。

圖2 為故障前環(huán)形零序CT 與電纜金屬屏蔽接地線位置圖?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，電纜金屬屏蔽接地線與環(huán)形零序CT 處于同一水平位置(見(jiàn)圖2)，使35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 檢測(cè)到的零序電流包含電纜金屬屏蔽接地線的部分電流，且檢測(cè)到的零序電流遠(yuǎn)小于35 kV 1 號(hào)接地變所檢測(cè)到零序電流，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生單相接地故障時(shí)，35 kV 集電01 線零序保護(hù)拒動(dòng)，而35 kV 1 號(hào)接地變零序保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的發(fā)生。

2 解決方案

調(diào)整電纜金屬屏蔽接地線及環(huán)形零序CT 相對(duì)位置：重新制作35 kV 集電01 線電纜終端，先將35 kV 集電01 線電纜接地點(diǎn)調(diào)整到環(huán)形零序CT 上方，然后將電纜接地線穿過(guò)環(huán)形零序CT 接地。整改后的環(huán)形零序CT 與電纜金屬屏蔽接地線位置圖如圖3 所示。

整改后，對(duì)35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT進(jìn)行升流試驗(yàn)，驗(yàn)證零序CT 變比150/50 正常，伏安特性正常。通過(guò)外加與故障電流大小相等的電流，即外加1.96 A 零序電流，測(cè)量零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 保護(hù)試驗(yàn)采樣值的測(cè)量結(jié)果如表5 所示。

表5 35 kV 集電01 線環(huán)形零序CT 保護(hù)試驗(yàn)采樣值的測(cè)量結(jié)果Table 5 Measurement results of 35 kV collecting 01 line annular zero sequence CT protection test value

從表5 的測(cè)量結(jié)果可以看出，35 kV 集電01線零序過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間均小于35 kV 1 號(hào)接地變零序過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間約500 ms，符合保護(hù)動(dòng)作邏輯。

3 結(jié)論

本文對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生的一起35 kV 集電線路單相接地故障擴(kuò)大至接地變保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的事件進(jìn)行了分析，結(jié)果表示，環(huán)形零序CT 把電纜外鎧套住時(shí)，零序CT 檢測(cè)到的零序電流會(huì)大幅降低，嚴(yán)重影響了零序過(guò)流保護(hù)的靈敏度，容易造成保護(hù)拒動(dòng)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生環(huán)形零序CT 把電纜外鎧套住的情況時(shí)，可以采取重新制作35 kV 集電01 線電纜終端，調(diào)整電纜金屬屏蔽接地線及零序CT 相對(duì)位置的方式，從而可解決35 kV 集電01 線零序電流保護(hù)拒動(dòng)的問(wèn)題。