小電流接地選線裝置在10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間的應(yīng)用分析

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（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，云南 麗江 674100）

0 前言

10 kV配電網(wǎng)不接地系統(tǒng)中如何快速有效鎖定故障點(diǎn)并隔離是長期困擾電力系統(tǒng)的一大課題，為快速鎖定并隔離接地故障，降低10 kV系統(tǒng)長期接地可能造成的人身觸點(diǎn)風(fēng)險。2016年起，云南電網(wǎng)積極快速開展消弧裝置和小電流接地選線裝置改造等工作[1-2]。截至2020年低，麗江電網(wǎng)10 kV小電流接地選線裝置改造工作基本完成，覆蓋率已達(dá)100%。在麗江地區(qū)電網(wǎng)10 kV系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了10 kV配電網(wǎng)不接地系統(tǒng)單相接地故障95%及以上正確隔離。但復(fù)雜結(jié)構(gòu)10 kV配網(wǎng)，加裝大量小電流接地選線裝置也帶來新的運(yùn)行風(fēng)險如選線誤跳相鄰線路。本文將分析典型運(yùn)行方式下10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間線路單相接地故障時系統(tǒng)電容電流的分布特征，及小電流接地選線裝置方法，給出10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間小電流接地選線裝置運(yùn)行風(fēng)險，并提出針對性的防范措施。

1 系統(tǒng)單相接地故障電容電流分布特征

某M站10 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)線路J發(fā)生A相單相接地時，如果忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗上的電壓降，全系統(tǒng)A相對地電壓均為零，A相對地電容電流也為零，同時B相和C相的對地電壓升高倍[3]。這時的電容電流分布如圖1所示。

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障電容電流分布特征

此時，非故障線路I首端所反應(yīng)的零序電流為：

即非故障線路零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向?yàn)槟妇€流向線路。

電源側(cè)開關(guān)處所反應(yīng)的零序電流為：

即電源側(cè)開關(guān)處零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向?yàn)槟妇€流向線路，此特點(diǎn)與非故障線路一致。

對于故障線路J，B相和C相與非故障線路一樣，流過本身對地電容電流和，而不同之處是在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)B相和C相對地電容電流之和，其值為：

此電流從A相流回，因此，故障線路J首端所反應(yīng)的零序電流為：

即故障線路零序電流，數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和（不包括故障線路本身），電容性無功功率方向?yàn)橛删€路流向母線，方向與非故障線路相反。

2 小電流接地選線裝置選線原理

當(dāng)前，小電流接地選線裝置采用的選線原理主要有基于穩(wěn)態(tài)量特征分析的零序電流比幅法、零序功率方向法、群體比幅比相法，基于暫態(tài)量特征分析的首半波法、小波分析法，注入法等十?dāng)?shù)種方法[4-7]。而各選線原理也相應(yīng)存在不同程度的問題，穩(wěn)態(tài)法受過渡電阻、消弧線圈的影響較大、對瞬時故障的辨識能力較弱，注入法會對一次設(shè)備造成較大影響，暫態(tài)法受過渡電阻影響較大。目前，設(shè)備廠家主要靠暫態(tài)法選線原理進(jìn)行故障選線。

如圖2所示為一次較為典型的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障錄波波形，從波形中可以看出其暫態(tài)特征與穩(wěn)態(tài)特征具有對應(yīng)性，即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障時，右光標(biāo)軸顯示穩(wěn)態(tài)量特征為流過故障線路的零序電流其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之和，即故障線路上的零序電流最大，而且故障線路和非故障線路的零序電流的方向不同，前者滯后零序電壓90°，后者超前90°；左光標(biāo)軸暫態(tài)量特征為暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波之間存在著固定的相位關(guān)系，在故障線路上兩者的極性相反，而在非故障線路上，則兩者的極性相同。該裝置主要通過暫態(tài)法選線原理選中故障線路061間隔。

圖2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)典型單相接地故障錄波波形

3 小電流接地選線裝置運(yùn)行風(fēng)險分析

麗江電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，35 kV變電站中超70%站點(diǎn)為單線、單變的單一電源供電，為確保供電可靠性，以上站點(diǎn)電源側(cè)設(shè)備由于檢修、故障處理等工作，經(jīng)常出現(xiàn)10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電的運(yùn)行方式。如圖3所示為典型單線供電的35 kV西某變由于主供電源35 kV線路停電檢修，該站10 kV負(fù)荷通過35 kV跑某變10 kV線路061間隔與35 kV西某變10 kV線路074間隔聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供電，在此期間35 kV西某變10 kV線路072線路上發(fā)生C相接地故障，兩站的選線裝置故障錄波波形如圖4所示。從波形圖中可以看出兩站均感受到故障零序電壓，35 kV西布河變的故障線路072零序電流首半波波形與零序電壓反向，另外兩條非故障線路與零序電壓同向；35 kV跑某變的線路061零序電流首半波波形與零序電壓反向，另外一條非故障線路與零序電壓同向。故障后35 kV西某變小電流選線裝置還未動作時，就由35 kV跑某變小電流選線裝置選跳了10 kV線路061間隔，造成35 kV西某變10 kV母線失壓。

圖3 35 kV跑某變與西某變10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電的運(yùn)行方式示意

圖4 35 kV跑某變與西某變10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間發(fā)生單相接地故障的錄波波形

本文將從中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障時穩(wěn)態(tài)量電容電流分布特征展開分析，如圖5所示，當(dāng)M站主供電源側(cè)設(shè)備停電，其10 kV供電線路通過線路Y-線路I聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供電時，M站線路J發(fā)生A相單相接地故障的電容電流分布。

圖5 10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間負(fù)荷側(cè)變電站單相接地故障電容電流分布

此時，非故障線路X首端所反應(yīng)的零序電流為：

非障線路Y首端所反應(yīng)的零序電流為：

非障線路I首端所反應(yīng)的零序電流為：

故線路J首端所反應(yīng)的零序電流為：

由上述式（5）～（8）可知，根據(jù)各線路反應(yīng)的零序電流大小與方向特征，以及小電流接地選線裝置一般選線原理，M站小電流選線裝置能正確選中故障線路J，而N站小電流選線裝置會選中非故障線路Y，若兩站選線裝置跳閘延時相同或N站跳閘延時小于等于M站，會由N站選線裝置誤跳非故障線路Y，造成M站10 kV母線失壓，造成五至四級電力安全事件，降低此運(yùn)行方式下M站10 kV供電負(fù)荷的供電可靠性。

4 改進(jìn)措施及可行性分析

針對上述運(yùn)行風(fēng)險，提出以下改進(jìn)方案，并對方案的可行性開展分析。

改進(jìn)方案：10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間，兩側(cè)變電站的小電流選線裝置非聯(lián)絡(luò)線跳閘延時均統(tǒng)一整定為T1，聯(lián)絡(luò)線跳閘延時整定為T1+ΔT。該運(yùn)行方式下，且故障發(fā)生在負(fù)荷側(cè)M站10 kV供電系統(tǒng)出線（除聯(lián)絡(luò)線外），可由M站小電流接地選線裝置優(yōu)先動作正確切除故障，可有效避免N站選線裝置誤動作。

校驗(yàn)電源側(cè)N站發(fā)生接地故障時改進(jìn)方案的可執(zhí)行性：

設(shè)故障點(diǎn)在電源側(cè)N站10 kV供電系統(tǒng)出線（除聯(lián)絡(luò)線外），進(jìn)行電容電流分布分析，如圖6所示。

圖6 10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間電源側(cè)變電站單相接地故障電容電流分布

此時，故障線路X首端所反應(yīng)的零序電流為：

非故障線路Y首端所反應(yīng)的零序電流為：

非故障線路I首端所反應(yīng)的零序電流為：

非故障線路J首端所反應(yīng)的零序電流為：

由上述式（9）～式（13）可知，根據(jù)各線路反應(yīng)的零序電流大小與方向特征，以及小電流接地選線裝置一般選線原理，M站選線裝置會選中非故障線路I，而N站選線裝置能正確選中故障線路X。由于在改進(jìn)方案中M站選線裝置選跳線路I的跳閘延時大于N站選線裝置選跳線路X的跳閘延時，會由N站先行跳開隔離故障線路；出線無故障的M站小電流選線裝置啟動，但選跳聯(lián)絡(luò)線有跳閘延時時間級差配合，因故障設(shè)備提前被隔離，裝置返回而不會誤動作。

校驗(yàn)聯(lián)絡(luò)線故障方式下改進(jìn)方案的可執(zhí)行性：

設(shè)故障點(diǎn)在聯(lián)絡(luò)線，其電容電流分布如圖7所示。

圖7 10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間聯(lián)絡(luò)線單相接地故障電容電流分布

此時，非故障線路X首端所反應(yīng)的零序電流為：

故障線路Y首端所反應(yīng)的零序電流為：

故障線路I首端所反應(yīng)的零序電流為：

非故障線路J首端所反應(yīng)的零序電流為：

由上述式（13）～式（16）可知，根據(jù)各線路反應(yīng)的零序電流大小與方向特征，以及小電流接地選線裝置一般選線原理，M站選線裝置能正確選中故障線路I，而N站選線裝置也能同時正確選中故障線路Y。而此時兩站的選線裝置選跳聯(lián)絡(luò)線的跳閘延時相同，能同時出口跳閘，故改進(jìn)方案仍能正確適應(yīng)。

5 結(jié)束語

本文通過分析10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間，各種單相接地故障的情形下零序電流的分布特征，及小電流接地選線裝置運(yùn)行風(fēng)險，從整定方案上提出優(yōu)化防范措施，主要如下：

1）10 kV系統(tǒng)站間轉(zhuǎn)供電期間，兩側(cè)變電站的小電流選線裝置非聯(lián)絡(luò)線跳閘延時均統(tǒng)一整定為T1，聯(lián)絡(luò)線跳閘延時整定為T1+ΔT，T1和T1+ΔT均需在5～10 s內(nèi)，為確保選擇性，時間極差ΔT不宜小于0.5 s，同時需與站外配電自動化設(shè)備失壓分閘時間配合[8-10]；

2）若某站可通過若干條10 kV線路轉(zhuǎn)供電，可對小電流選線裝置設(shè)置多個定值區(qū)，各區(qū)定值按第（1）條整定；

3）定值區(qū)切換應(yīng)將聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)變電站同時切換至相應(yīng)運(yùn)行方式適應(yīng)定值區(qū)。