小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護定值設(shè)置存在問題及對策

許利姣，蘇建成，方惠玲

（鄂爾多斯電業(yè)局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

我國電力電網(wǎng)中，一般采用中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種接地方式作為10 kV電網(wǎng)的中性點配置方式[1]。隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力電纜得到大量應(yīng)用，使得城區(qū)10 kV電力系統(tǒng)對地電容電流大幅上升，導(dǎo)致即使是經(jīng)過大量消弧裝置補償后的接地網(wǎng)絡(luò)也很難保證電容電流小于10 A，在發(fā)生單相接地故障時，因不能及時熄滅電弧，造成嚴(yán)重的過電壓問題[2]；另外，周圍空氣絕緣的破壞還容易引發(fā)多相短路故障等其他問題。因此，在城區(qū)10 kV電網(wǎng)中性點運行方式的選擇上，目前越來越多地采用了經(jīng)小電阻接地的方式[3]。但某些采用小電阻接地方式變電站的10 kV網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)多起因零序電流保護定值不準(zhǔn)確的誤動事件。本文針對此類問題進行分析，研究并改進原有配置和定值計算原則，以期達到避免零序保護誤動作的目的。

1 小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護整定存在的問題

小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護誤動往往是定值整定不當(dāng)引發(fā)的。

1.1 定值整定不準(zhǔn)確

10 kV饋線的零序過電流Ⅰ段保護要求既要對高阻接地故障具有靈敏性，同時能夠可靠躲過所在系統(tǒng)的最大電容電流[4]。但在實際執(zhí)行中，受限于電網(wǎng)運行情況，無法實測每條線路的電容電流，造成定值整定不準(zhǔn)確，在發(fā)生高阻接地故障時，出現(xiàn)保護不能有效動作、因系統(tǒng)電容電流擾動而誤動作的情況。

1.2 接地變壓器與饋線定值配合不當(dāng)

接地變壓器的零序過電流保護通常設(shè)定為系統(tǒng)饋線Ⅱ段定值的1.1倍。但在實際運行條件下，由于饋線零序電流互感器（以下簡稱TA）與接地變壓器TA均有不同程度的測量偏差，而饋線Ⅱ段定值按照系統(tǒng)最大單條線路電容電流整定，導(dǎo)致二者實際動作值相近，容易造成接地變壓器誤動作。

1.3 相繼接地故障誤動作

當(dāng)某饋線支路觸發(fā)單相高阻接地故障時，因靈敏度較小，線路保護可能不動作，與此同時，當(dāng)另有其他饋線支路觸發(fā)與前面線路同一相高阻接地故障時，根據(jù)疊加原理，可能達到接地變壓器動作值，引發(fā)零序過電流保護越級動作。另外，接地故障相繼觸發(fā)時，第一條饋線跳閘后，在第二條饋線支路跳閘前，如果接地變壓器的零序過電流保護未返回，也會引發(fā)保護的越級動作。

2 零序電流保護配置及整定方法

2.1 線路電容電流計算

目前線路電容電流主要根據(jù)實測法和理論值法取得[5]，實測法適用于投運后的電力系統(tǒng)線路，理論值法適用于處于設(shè)計階段或無法實測的線路。

2.1.1 電纜線路電容電流計算

目前電網(wǎng)建設(shè)中主要使用交聯(lián)聚乙烯電纜，電纜線路電容電流IC計算方法見式（1）。

式中：U為線路的額定電壓，kV；L為線路長度，km；K為系數(shù)，其中，S為電纜芯截面，mm2。

10 kV電力系統(tǒng)中常見型號交聯(lián)聚乙烯電纜單位長度的電容電流值見表1。

表1 10 kV系統(tǒng)交聯(lián)聚乙烯電纜單位長度電容電流值A(chǔ)/km

2.1.2 架空線路電容電流計算

架空絕緣導(dǎo)線電容電流ICJ、架空裸導(dǎo)線電容電流ICL理論值的計算公式分別見式（2）、式（3）。

式中：Up為線路線電壓，kV。

2.2 饋線零序電流保護配置及整定

10 kV饋線通常配置兩段兩時限的零流保護，需要分別計算。

2.2.1 零序電流保護Ⅰ段整定

（1）在系統(tǒng)最小單相接地故障時，零序電流保護Ⅰ段要求保證靈敏度不小于2。經(jīng)推導(dǎo)，10 kV單相接地故障電流計算方法見式（4）。

式中：US為系統(tǒng)電壓，kV；Z1為線路正序阻抗，Ω；Z0為線路零序阻抗，Ω；R0為小電阻電阻值，Ω。

（2）零序電流保護Ⅰ段電容電流要求可靠躲過系統(tǒng)最大電容電流，電容電流按2.1中公式計算，一般可整定為：

（3）高阻接地時，要求有合適的靈敏度，通常情況下，零序電流保護Ⅰ段整定為：

式中：I為系統(tǒng)額定接地電流，R，其中，X0為接地阻抗。

當(dāng)系統(tǒng)IR較小時，可根據(jù)系統(tǒng)電容電流適當(dāng)放大對于純電纜線路取值可以大一些；對于架空線路較多的混合系統(tǒng)取值可較小一些。

（4）時限T1整定值：

2.2.2 零序電流保護Ⅱ段整定

（1）零序電流保護Ⅱ段電容電流要求可靠躲過該饋線的電容電流，一般取≥(1.5~2)ICL，其中，ICL為本線路的電容電流。

（2）通常情況下，所有饋線的 定值整定為同一個值，即考慮可靠躲過所有單回饋線中的電容電流最大值[5]。

（3）與I1(1)的關(guān)系一般為：

（4）時限T2要求與饋線電流保護Ⅱ段的動作時限相同[6]，一般整定為0.5 s。

2.3 接地變壓器零序電流保護配置及整定

接地變壓器配置一段兩時限的零序過電流保護，第一時限跳開系統(tǒng)主變壓器低壓側(cè)母聯(lián)或分段，第二時限跳開接地變壓器自身，同時聯(lián)跳系統(tǒng)主變壓器低壓側(cè)[7-9]。

（1）接地變壓器零序過電流要求在系統(tǒng)最小單相接地故障時，保證至少有不小于2的靈敏度[10-11]。

（2）接地變壓器零序過電流要求與10 kV饋線零序過電流Ⅱ段相配合，配合系數(shù)不小于1.1。

（3）考慮到接地變壓器零序TA與饋線零序TA均有不同程度測量誤差，以及相繼接地故障誤動作問題[12-14]，接地變壓器整定值至少要求大于饋線Ⅱ段定值的2倍。

（4）接地變壓器兩段時限分別與饋線Ⅰ、Ⅱ段配合，時間級差Δt≥0.3 s[15-16]。

3 仿真驗證

小電阻接地系統(tǒng)零流保護按照上述配置計算原則優(yōu)化后，為驗證其正確性，利用專業(yè)的繼電保護定值計算及仿真系統(tǒng)軟件進行準(zhǔn)確建模并仿真驗證，過程如下。

（1）利用繼電保護故障分析整定管理與仿真系統(tǒng)建模，建立一個虛擬變電站—110 kV空港變電站，站內(nèi)仿真10條電纜線路與1臺接地變壓器，均按上述原則配置零序電流保護，仿真模型截圖如圖1所示。

圖1 仿真模型及計算結(jié)果截圖

（2）利用配置好的仿真模型依次進行單條饋線系統(tǒng)最小單相接地故障短路電流、電容電流仿真計算，以及兩條饋線同時高阻接地故障短路電流仿真計算，并按照第2節(jié)中總結(jié)的零流保護配置計算原則取值進行驗證，結(jié)果為各保護均能正常動作。

4 結(jié)束語

本文通過分析現(xiàn)有小電阻接地系統(tǒng)中零序電流保護配置和整定中存在的問題，總結(jié)出一套零序電流保護配置及計算原則，并經(jīng)繼電保護定值計算與仿真驗證，能夠有效解決系統(tǒng)電容電流測算不精確、不能反映高阻接地、接地變壓器越級誤動作等零序電流保護配置和整定中存在的問題。