小電流接地系統(tǒng)異地兩相接地故障的繼電保護(hù)

呂慶升，朱曉紅，太濤見

(云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

1 前言

小電流接地系統(tǒng)的短路故障類型有:三相短路、兩相短路、兩相不同地點(diǎn)接地短路。兩相不同地點(diǎn)接地短路可以是同一小接地系統(tǒng)的不同出線，也可以是同一出線的不同點(diǎn)。其短路電流及母線各相電壓的變化受接地點(diǎn)和接地電阻的影響較大，常規(guī)的繼電保護(hù)難以準(zhǔn)確反映兩點(diǎn)接地故障及切除故障線路，導(dǎo)致故障長時間存在，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。以下以一起小電流接地系統(tǒng)異地兩點(diǎn)接地故障為例，進(jìn)行分析探討。

2 故障相關(guān)情況簡介

故障前，110 kV甲站#1、#2主變并列運(yùn)行，35 kV分段斷路器350在合位，35 kV線路均為運(yùn)行。

#1主變中后備復(fù)壓方向過流Ⅱ段一時限動作，跳本側(cè)321斷路器，20時43分33秒，#2主變中后備復(fù)壓方向過流Ⅱ段一時限動作，跳本側(cè)322斷路器，造成35 kVⅠ母、Ⅱ母全部失壓。當(dāng)時，該地區(qū)有雷雨。事故后，經(jīng)巡查發(fā)現(xiàn)，在變電站圍墻外35 kV東堡線和35 kV富礦線對樹木有明顯放電痕跡。初步判斷為線路異相接地故障，后試送電成功。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行方式接線圖

3 故障分析

3.1 小接地系統(tǒng)異地兩相接地故障理論分析

如圖2，系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，設(shè)L1線路B相K1點(diǎn)接地故障，L1線路的零序電流為，L2線路C相K2點(diǎn)接地故障，L2線路的零序電流為線路、L2線路分別是B相、C相接地故障，對M側(cè)電源 (即是主變)來說，相當(dāng)于BC相相間短路。

圖2 系統(tǒng)簡化接線圖

對L1線路、L2線路來說，保護(hù)安裝處的某相的相電壓時短路點(diǎn)的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和:

M側(cè)電源 (即主變)，當(dāng)中性點(diǎn)電壓為 U·N時，則B相、C相電壓平衡方程為:

如前所述，不同線路異地兩相單相接地，對變壓器來說，相當(dāng)于相間故障，有關(guān)系式:

圖3 保護(hù)安裝處電流、電壓相量圖

根據(jù)圖3的相量圖可以看出小接地電流系統(tǒng)異地兩相接地有如下特征:

1)不接地相電壓升高，但小于線電壓，接近3U0。

2)兩接地相接地點(diǎn)在同一位置，電壓降低，數(shù)值基本一致。

3)兩接地相接地點(diǎn)不在同一位置，電壓降低，數(shù)值小的靠近母線，數(shù)值大的遠(yuǎn)離母線。

4)有接地電阻時，也遵循第3條之規(guī)律，只不過接地電壓數(shù)值抬高。

與兩相短路最明顯的區(qū)別是兩相短路非故障相電壓保持不變，而兩點(diǎn)異地接地故障非故障相電壓升至約1.5倍相電壓。

3.2 主變保護(hù)錄波數(shù)據(jù)及保護(hù)動作分析

利用Excel生成電流、電壓波形圖如圖4、圖5所示

圖4 電流波形圖

圖5 電壓波形圖

從電流、電壓的波形圖可以判斷系統(tǒng)發(fā)生的是不同線路B、C相異地接地故障。

經(jīng)查證有關(guān)保護(hù)的定值，主變保護(hù)中后備復(fù)壓閉鎖方向過流Ⅱ段定值:13.5 A(電流互感器變比為600/5，方向指向35 kV母線)，0.6 s(跳本側(cè));35 kV東堡線過流Ⅱ段定值:15 A(電流互感器變比為300/5)，0.4 s;35 kV富礦線過流Ⅱ段定值:24 A(電流互感器變比為200/5)，0.4 s。

主變中壓側(cè)系統(tǒng)兩故障相B相、C相最后兩個周波的有效值分別為13 A，12.8 A，主變中后備BC相間電流超過Ⅱ段定值，同時滿足復(fù)壓方向，保護(hù)正確動作。這里有個疑惑，折算到線路保護(hù)的電流超過線路保護(hù)過流Ⅱ段定值，時限0.4 s，為何線路保護(hù)過流Ⅱ段沒動作?理由如下:CSL－216B裝置電流返回和整組復(fù)歸原理:在啟動后若沒有任何保護(hù)元件落入其動作區(qū)，經(jīng)過4 s后返回。過流II段的計(jì)時原理是，按到電流動作值開始計(jì)時，而如果故障電流值與電流定值的差值小于CPU的浮點(diǎn)數(shù) (接近于零)，在確認(rèn)30～60 ms后立即返回。本次故障，線路經(jīng)高阻接地，故障的開始階段，故障電流較小，線路過流Ⅱ段電流元件為動作，計(jì)時未開始，而主變保護(hù)電流元件所采電流為相間電流，靈敏度較高，計(jì)時比較早，導(dǎo)致主變中后備復(fù)壓方向過流Ⅱ段計(jì)時先到，開放出口跳閘。

#1主變保護(hù)動作后，過了約3 s，#2主變保護(hù)動作，動作情況類似。緣于類似的故障再次出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

針對某變電站35 kV系統(tǒng)不同線路兩點(diǎn)異地接地故障，通過理論公式的推導(dǎo)，并作出相量圖，直觀展現(xiàn)此類故障的特征。同時，對本次故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，解釋說明本次故障相關(guān)保護(hù)的動作行為。

［1］江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］國家電力調(diào)度中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［4］上官帖，熊華強(qiáng)，諶爭鳴.“7.21”龍銀II線保護(hù)誤動原因分析及對策 ［J］.繼電器，2007，(35):162－164.