220 kV線路接地故障引起發變組高壓側斷路器誤跳閘原因分析及處理

孟慶黨，雷春明，李博，戴文華，孫效云

(華能巢湖發電有限責任公司，安徽省巢湖市，238000)

0 引言

華能巢湖電廠2009年220 kV線路發生絕緣子閃絡導致單相接地故障，線路保護正確動作跳開開關，與此同時發變組高壓側斷路器發生不明原因跳閘。經現場檢查，發變組保護沒有動作，查不出直接導致發變組高壓側斷路器的原因。主變高壓側中性點為直接接地方式，機組故障錄波器錄波顯示故障時流經主變中性點的接地電流約為2 500 A。發變組高壓側斷路器跳閘的同時，掛在同一母線處的啟備變高壓側開關在機組故障錄波器上顯示發生變位，變位時間為10 ms左右，啟備變高壓側開關實際并未跳閘，據此判斷，發變組高壓側斷路器跳閘為誤動。

經現場檢查發現發變組高壓側斷路器跳閘回路二次電纜長約 470 m(型號 ZRC-KVVP2，7×2.5 mm2)，對地電容較大。接地故障發生或切除時，高達數MHz的高頻分量可以持續時間十幾ms［1-10］，因此懷疑是高頻分量通過跳閘回路二次電纜分布電容侵入跳閘回路，導致斷路器跳閘。

1 原因分析

1．1 模型建立

當線路單相接地故障發生或者切除時，接地電流除了有工頻量之外，還包含高達數MHz的高頻分量，持續時間達十幾ms，一次系統圖及等效電路如圖1所示。

圖1 一次系統及等效電路圖Fig.1 Primary system and equivalent circuit

圖中Rg為電源中性點接地電阻(中性點直接接地為0)，Rgz為系統接地故障電阻，可得:

Ig和高頻分量的能量及變壓器中性點電阻、接地故障電阻都有關系，高頻電流在大地中流動時，升壓站地電網和主廠房地電網空間位置上的差異，根據格林函數的原理，2個地網之間存在電位差ΔU，該電位差的大小正比于Ig。由于ΔU的作用，故障高頻分量經過斷路器跳閘回路的電容耦合作用在跳閘線圈，模型和等效電路如圖2所示。

圖2 耦合模型及等效電路Fig.2 Coupling model and equivalent-circuit

由此可知耦合電路中流經斷路器跳閘線圈的電流I=KIg，K為關聯系數。

當然工頻分量也會在2電網之間形成電位差，但是地電網與跳閘回路之間的電容耦合幾乎可以忽略不計，所以工頻分量作用在跳閘線圈的影響可以忽略。

1．2 參數確定

對發變組高壓側斷路器跳閘回路試驗測試:跳閘線圈動作電壓U=36 V，線圈直阻 RTQ=50 Ω，可得I=U/RTQ=0.72 A。

ΔU為2地網電位差，C1、C2為二次電纜耦合電容，RTQ為斷路器跳閘線圈電阻，I為耦合回路電流，由此可得數學模型:

1．2．1 ω 的確定

根據有關資料仿真結果，在單相接地故障發生或切除時，會形成前沿極陡的快速暫態分量，此暫態分量約為2 MHz，持續時間達到10 ms左右。由ω=2π/T，T=1/f(ω為角頻率;π為圓周率，取3.14;T為周期;f為暫態分量頻率)，得ω=1.256×107。

1．2．2 二次電纜耦合電容 C1、C2的確定

電纜廠家一般不提供百米長控制電纜分布電容數值，查閱有關資料:“根據不同電纜的芯線空間布置結構與分布電容的關系，制定了等效分布電容電路，然后根據等效電路實測了部分電纜的電容，并在此基礎上建立軟件仿真數學模型進行仿真校對，驗證其等效電路及實測方法的可行性，然后用此方法實測了多種控制電纜的分布電容參數，具體情況如表1”。

這里可以認為 C1=C2，查表可知 ZRC-KVVP 2 7×2.5 mm2，單芯分布電容每100 m 為30.63 nF，C1=C2=(4.70×30.63 nF)/2≈72 nF。

將 C1、C2、ω、I、RTQ代入式(2)，可求得 ΔU≥37.6 V，由此可以看出C1、C2相當于短路。

2 事故處理

2．1 降低地電位差ΔU

用120 mm2銅電纜將主廠房等電位網與升壓站等電位網連接，如圖3所示，并定期對接地電阻進行測試。

表1 保護常用控制電纜綜合分布電容數Tab.1 Distributed capacitance parameter of common control cables

圖3 等電位網連接圖Fig.3 Equipotential net connection diagram

2．2 采用套鐵氧體磁環抑制高頻干擾

采用套鐵氧體磁環抑制高頻干擾如圖4所示。鐵氧體磁環的阻抗隨著頻率的增高不斷增大，當高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。T1、T4保護套鐵氧體磁環，同時抑制保護裝置開入信號誤動;T2、T3在斷路器就地端子箱保護套鐵氧體磁環，抑制高頻量入侵。從物理意義上講，該方案改變了回路參數，降低了跳閘線圈上的壓降，建議斷路器廠家在開關本體設計抑制高頻干擾的措施。

圖4 鐵氧體磁環布置示意圖Fig.4 Layout diagram of ferrite bead

2．3 在開關跳閘線圈回路加串電阻，提高開關跳閘動作電壓

現場對分閘電壓測試為36 V(Ue=110 V)，根據電力設備高壓試驗標準對斷路器分閘電壓不大于65%Ue且30%Ue下可靠不分閘的要求，把分閘電壓控制在(55%～60%)Ue是明智之舉。本廠在分閘回路中串聯陶瓷電阻，以提高斷路器的分閘電壓。

2．4 改變系統接地方式

經對近年來電力系統類似事故案例調查分析，發生高頻干擾跳閘的發電廠及變電站均為變壓器為中性點直接接地的運行方式。從等效電路中不難發現:采用小電流或不接地系統提高Rg，可以降低跳閘線圈上的壓降。

3 結語

本文通過對華能巢湖電廠220 kV線路接地故障引起發變組高壓側斷路器誤跳閘的原因分析及處理，提出采取降低地電位差ΔU、采用套鐵氧體磁環抑制高頻干擾、在開關跳閘線圈回路加串電阻提高開關跳閘動作電壓、改變系統接地方式等幾種綜合措施，可有效防范高頻分量通過二次電纜分布電容侵入跳閘回路引起的斷路器誤跳閘，值得借鑒。

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