小電阻接地系統(tǒng)零序電流的選取問題比較

韓志成，齊俊山

（新疆合盛硅業(yè)能管中心，新疆鄯善 838200）

引言

新疆合盛電網(wǎng)35 kV 系統(tǒng)在建設(shè)初期采用了不接地方式，在投運(yùn)后發(fā)生了多起電纜單相接地事故，由于沒有保護(hù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)跳閘，故其中許多事故都發(fā)展成了相間短路事故，給現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)造成了很大影響。為了解決此問題，合盛電網(wǎng)于2018 年10 月份對(duì)35 kV 接地方式進(jìn)行了改造，增加了接地變，中性點(diǎn)電阻71 Ω。該系統(tǒng)投運(yùn)初期也產(chǎn)生了一些零序保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的問題，下文就此問題進(jìn)行說(shuō)明并提出了解決方案。

1 問題的提出

1.1 事故現(xiàn)象

2019 年12 月17 日1∶13，碳素一線3536 開關(guān)報(bào)“零序過(guò)流一段”保護(hù)動(dòng)作跳閘，動(dòng)作值4.48 A，整定值1.4 A，石墨化電源一失電，損失負(fù)荷24 MW，下級(jí)配出的5個(gè)開路均失電。

1.2 保護(hù)動(dòng)作合理性分析

事故后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)碳素一線絕緣良好，沒有接地，但從錄波看，系統(tǒng)發(fā)生了B相接地。于是擴(kuò)大范圍進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)碳素一線下級(jí)配出的負(fù)荷石墨化一線在開關(guān)下口處B 相有燒損現(xiàn)象，初步確定此次跳閘是由石墨化一線引起。

石墨化一線也配置了零序保護(hù)，檢查石墨化一線保護(hù)裝置，沒有發(fā)現(xiàn)動(dòng)作報(bào)告，裝置沒有啟動(dòng)。從繼電保護(hù)選擇性要求來(lái)看，此次事故理應(yīng)由石墨化一線保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘，因?yàn)槭痪€的零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.6 s，而石墨化一線零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.3 s，動(dòng)作電流均為90 A，從時(shí)間配合上來(lái)講是合理的，問題就出在了石墨化一線零序保護(hù)拒動(dòng)。

2 原因查找

2.1 二次回路檢查

事故后檢查了保護(hù)裝置，給裝置加電流后，保護(hù)裝置正常出口，說(shuō)明保護(hù)裝置沒有問題。此次事故中保護(hù)裝置應(yīng)該是沒有感受到電流。

2.2 繼電保護(hù)裝置零序電流選取問題

零序電流保護(hù)是指利用接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是保護(hù)動(dòng)作的保護(hù)，在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。35 kV 一次系統(tǒng)配置接線圖見圖1。

圖1 35 kV一次系統(tǒng)配置接線圖

設(shè)計(jì)院在二次接線圖設(shè)計(jì)時(shí)，也是按照常規(guī)設(shè)計(jì)原則，采用專用的零序互感器電流接入保護(hù)裝置的零序電流回路。6 kV、10 kV、35 kV電纜出線常見的零序保護(hù)互感器接線型式，見圖2。

圖2 常見的零序保護(hù)互感器接線型式

在這種接線方式下當(dāng)出線電纜發(fā)生接地故障時(shí)，零序互感器產(chǎn)生零序電流，達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值后切除故障線路，從而保護(hù)設(shè)備、避免事故范圍擴(kuò)大。但是這種接線方式有一個(gè)缺陷就是當(dāng)高壓電纜頭發(fā)生接地故障時(shí)，由于接地點(diǎn)在零序電流互感器上部，接地故障電流沒有流過(guò)零序電流互感器，因此保護(hù)裝置檢測(cè)不到接地故障電流就不會(huì)觸發(fā)零序保護(hù)，由于接地電流較小，電流保護(hù)也不能被觸發(fā)，故障無(wú)法消除。這個(gè)時(shí)候存在以下二種情況：

（1）上一級(jí)設(shè)置有零序保護(hù)，零序電流觸發(fā)上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作，造成35 kV 變電站全站失壓，下游負(fù)荷全部停電停產(chǎn)。

（2）上一級(jí)也沒有設(shè)置零序保護(hù)，單相接地電流發(fā)熱引發(fā)相間短路接地故障，觸發(fā)電流速斷保護(hù)，給系統(tǒng)造成沖擊晃電，會(huì)引起大面積變頻器負(fù)荷故障停機(jī)，觸發(fā)工藝保護(hù)聯(lián)鎖造成停產(chǎn)。

不管是哪一種情況，都是企業(yè)無(wú)法承受的，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，高壓電纜最容易發(fā)生接地故障的就是高壓電纜頭，大部分原因都是因?yàn)橹谱鞴に囐|(zhì)量差，人員業(yè)務(wù)能力不足造成，因此無(wú)法絕對(duì)避免。

為有效防止這種情況發(fā)生，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)高壓電纜頭所處位置介于零序電流互感器與單相電流互感器之間，這兩個(gè)互感器之間就是保護(hù)死區(qū)，具體見圖3。

圖3 零序電流互感器位置示意圖

零序電流是三相電流的矢量和，因此基于這個(gè)原理，可以選取裝置自產(chǎn)零序，這種情況下零序保護(hù)判別電流不再采用零序電流互感器的電流，而是利用接入裝置的三相電流互感器的電流矢量和作為零序接地故障的判別依據(jù)。

當(dāng)死區(qū)范圍內(nèi)的高壓電纜頭發(fā)生接地故障時(shí)，零序電流互感器下部并未發(fā)生接地故障，沒有零序電流，因此零序保護(hù)無(wú)法動(dòng)作。

而高壓柜內(nèi)的分相電流互感器由于下部有接地故障，因此裝置會(huì)自產(chǎn)很大的零序故障電流，從而觸發(fā)零序保護(hù)動(dòng)作切除故障，避免故障擴(kuò)大。

但是并非所有的保護(hù)裝置零序電流保護(hù)都可以選擇零序電流自產(chǎn)，對(duì)于不能自產(chǎn)零序電流的保護(hù)裝置，我們可以通過(guò)調(diào)整二次回路接線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體見圖4。

圖4 調(diào)整后的二次回路接線

通過(guò)調(diào)整零序電流的接線方式就可以避免高壓電纜頭發(fā)生接地故障時(shí)零序保護(hù)無(wú)法及時(shí)跳閘的問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 解決方法

依據(jù)上述情況對(duì)零序電流保護(hù)定值或接線方式進(jìn)行調(diào)整，在事故發(fā)生后對(duì)碳素一線下級(jí)配出負(fù)荷采取了自產(chǎn)零序保護(hù)。結(jié)果在事故后第3天碳素一線下級(jí)配出的石墨化二線發(fā)生電纜頭接地故障，自產(chǎn)零序保護(hù)動(dòng)作跳閘。此次跳閘沒有擴(kuò)大停電范圍，保護(hù)動(dòng)作正確。于是決定對(duì)公司所有35 kV小電阻接地系統(tǒng)的零序保護(hù)進(jìn)行重新整定，裝置有自產(chǎn)零序功能的，都采取自產(chǎn)零序保護(hù)功能，對(duì)沒有自產(chǎn)功能的，進(jìn)行二次回路改造。并根據(jù)生產(chǎn)情況在停機(jī)狀態(tài)下分別進(jìn)行保護(hù)調(diào)試，保證二次回路及保護(hù)動(dòng)作正確，并對(duì)所有調(diào)整后的線路及保護(hù)調(diào)試做好記錄。調(diào)整完畢后系統(tǒng)運(yùn)行正常。

4 運(yùn)行情況

2020 年35 kV 系統(tǒng)共計(jì)發(fā)生11 次接地故障，保護(hù)動(dòng)作正確。除了1起故障是電纜中間部分發(fā)生接地故障，其余10次都是電纜頭接地故障導(dǎo)致的。此次改變零序保護(hù)電流接入方式后，合盛電網(wǎng)35 kV零序保護(hù)沒有發(fā)生拒動(dòng)情況，收到了良好的效果。同時(shí)也說(shuō)明，在中壓系統(tǒng)內(nèi)，選取自產(chǎn)零序保護(hù)比外接零序保護(hù)有優(yōu)勢(shì)。

5 注意事項(xiàng)

（1）要注意當(dāng)零序電流采用自產(chǎn)或二次回路合成電流時(shí)，零序保護(hù)定值需要根據(jù)實(shí)際CT變比進(jìn)行調(diào)整，否則零序電流保護(hù)可能拒動(dòng)。

（2）因?yàn)榱阈螂娏鞑捎米援a(chǎn)或二次回路合成，因此保護(hù)用二次電流回路任何一相出現(xiàn)斷線都可能引發(fā)零序保護(hù)跳閘。因此設(shè)備運(yùn)行中禁止對(duì)電流二次回路做任何工作。