35kV不接地系統兩次發展故障原因分析及解決方案

謝浩　李小虎　靳智嵩

摘 要： 通過對某110kV變電站35kV不接地系統發生單相接地進而經兩次發展為復雜故障導致主變差動保護跳閘的故障進行分析，提出大容量電機負荷在系統發生故障時的影響及相關解決方案，有效保證35kV系統的穩定運行。

關鍵詞：發展故障；電機負荷；主變差動保護

引言

電力系統配電網在電力網中起到分配電能的重要作用，是給城市里各個配電站和各類用電負荷供給電源的通道[1]。由于電動機的特性，在電力系統發生故障時，就應考慮在實際情況下電動機是否仍然作為負荷來使用，還是由于短路的影響，電動機此時不再是作為負荷，而是作為一個電源向短路點提供短路電流的問題[2]。由此可能對故障的發展造成影響。

1.現場保護配置及事故過程

1.1 系統運行方式

故障前XX110kV變電站雙母線接線，兩條110kV進線均來自同一220kV變電站。兩臺YNynd11接線主變，3號主變35kV側無母線且僅313線一條出線負荷，即313斷路器既是線路斷路器又是3號主變35kV側斷路器，所帶負荷為水泥廠電動機負荷；10kV側沒有引出線，實際當做兩繞組變壓器使用。3號主變容量31.5MVA，313斷路器故障前負荷電流為425A，損失負荷25.9MkW。

3.電動機負荷反饋故障電流特征

對于電動機反饋短路電流而言，較為關注其沖擊電流、周期分量初值電流、以及直流分量電流。通過分析表明，電動機反饋短路電流呈如下特性：

3.1電動機反饋短路電流衰減速度隨容量增大而減慢。

隨著電動機容量的增大，其次暫態電抗XD減小、時間常數 TD增大。XD、TD的變化將導致電動機反饋的沖擊電流ip增大并且衰減較慢。對于小容量電動機而言，其定子繞組端點三相短路反饋電流的峰值較小，經歷3～4個周波左右的時間即衰減完畢；大容量電動機的反饋電流峰值較大，需經歷6～8 個周波左右的時間，其反饋電流逐漸衰減[5]。

3.2 考慮磁路飽和特性導致反饋短路電流增大。

為降低感應電動機的空載電流和提高電機的功率，氣隙應盡可能小。在電動機反饋短路電流的計算中，基本假設忽略磁路飽和的影響，這樣的假設對于中小型電動機而言是符合實際情況的。對于大容量電動機，當電流瞬時值較大，部分漏磁被迫穿過漏磁路的鐵芯部分閉合，從而使磁路飽和，飽和后的電動機次暫態電抗XD電抗比未飽和時小得多。電動機短路反饋電流的周期分量初值與次暫態電抗成反比。因而，次暫態電抗的減小將造成電流的增大。對于較大容量的電動機，考慮磁路飽和特性會導致計算的反饋電流增大[5]。

3.3 并非所有電動機均提供短路電流。

感應電動機作為主要的電力系統負荷，其使用功能各不相同，接入系統的電壓等級也有所不同。對于大型工業負荷，電動機多接入10kV；對于商業、民用負荷，電動機多接入400V。當系統中主網的某條線路發生三相短路故障后，配電網電壓的變化要經具體計算才可求得。當短路瞬間，如馬達與短路點之間的電氣距離較近，電動機處于發電機狀態，可視為附加電源，向短路點反饋短路電流；反之，如馬達與短路點之間的電氣距離較遠，仍處于電動機狀態，不向系統反饋短路電流[5]。

4. 問題分析及處理

隨著鋼鐵產能的增加，越來越多的大容量異步電動機在鋼鐵廠投運，大容量異步電動機在發生三相對稱短路時，其反饋的短路電流與系給的短路電流疊加，其反饋沖擊電流會對供電系統中配電設備的動穩定等參數產生影響， 其反饋開斷電流會對斷路器額定短路開斷電流產生影響。[6]

4.1配置縱聯差動保護，聯絡線兩側能同時快速切除線路故障，保證全線速動，需同時配置電流保護做后備保護。[7]

4.2容性電流超過20A的10kV或超過10A的35kV（應為3-10kV電纜線路）不接地系統，應裝設有自動跟蹤補償功能的消弧線圈，防止單相接地發展成相間短路。[8]

4.3大容量異步電動機反饋的次暫態電流數值較大因此在選擇電氣設備時不僅應 考慮反饋電流對力穩定的影響還應考慮對開斷電流和熱穩定的影響。[9]

參考文獻：

[1]胡紹勇.配電網自動化技術的應用[J].中國新技術新產品，2009（23）：158.

[2]電機學[M].武漢：華中科技大學出版社，2005：20-70 .

[3]金鳳閣，辜承林，陳喬夫，熊永前.短路電流的計算和大容量電動機對其沖擊值的影響[J].高科技與產業化，2008（7）：80.

[4]RCS-978CD_X_說明書_國內中文_國內標準版_X_R1.02_（ZL_TXZZ0163.1208）

[5] 劉楠，張彥濤，秦曉輝，馬世英，唐曉駿.感應電動機負荷對短路電流影響機理研究.電網技術.

[6]高壓大容量電動機對斷路器開斷電流的影響.

[7]小電源并網35kV城市配電網保護及安全自動裝置配置.

[8]預防110-500kV變壓器（電抗器）事故措施.

[9] 康家義.大容量異步電動機的短路反饋電流.

作者簡介：

謝浩（1984-），男，漢，河北省廊坊市，工程師，主要從事電力系統繼電保護調試及檢修工作。

李小虎（1985-），男，漢，河北省廊坊市，工程師，主要從事電力系統繼電保護調試及檢修工作。

靳智嵩（1987-），男，漢，河北省廊坊市，工程師，主要從事電力系統繼電保護調試及檢修工作。