淺析移動式變電站單相接地保護系統

摘 要：戶外礦用移動箱式變電站（ZBW3-35/6.3）為兩路饋出間隔，通過饋線零序電流互感器與微機綜保儀實現饋線間隔單相接地保護（零序保護）；主變6.3kV側三相中性點串接CT經電阻接地、與中性點電阻柜并聯PT及電流型、電壓型漏電繼電器、時間繼電器等共同構成零序保護的后備保護即接地保護（漏電保護）系統。本文論述中性點不接地系統及中性點經電阻接地系統單相接地故障時的特征量，移動式變電站中性點經電阻接地系統單相接地時電壓型及電流型漏電繼電器的整定值計算。

關鍵詞：中性點經電阻柜接地；電流（電壓）互感器；電壓型（電流型）漏電信號繼電器；時間繼電器；單相接地保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.164

0 引言

勝利東二號露天煤礦位于勝利煤田中部，開采煤層為4～11號煤層，其中露天開采煤層為4、5、6號煤，屬中灰、高揮發分、中硫、低中軟化、中熱值煤，具有埋藏深、煤層厚、巖性軟的特點，是迄今為止發現的最厚煤層，適合建設特大型露天煤礦。

勝利東二號露天煤礦采取礦內110kV變電站35kV饋線間隔引出35kV門型雙水泥桿架空線路繞采場構成環線供電方式，通過T接35kV移動桿架空線路或35kV拖拽電纜進入采區。

露天采區35/6.3kV移動式變電站的主變聯接組別為DYN11，中性點串接電流互感器經電阻柜接地，電壓互感器與電阻柜并聯運行方式。為防止電纜或耦合器因受外力碾壓、碰裂、受潮致整體絕緣水平下降而發生單相接地故障，對作業人員造成電擊傷害。移動變采取雙重單相接地保護方式：①饋線間隔出線電纜或耦合器等出現單相接地故障時，零序電流互感器能夠采集到單相接地時的零序電流，通過微機綜保儀對故障時產生的零序電流與零序電流整定值進行邏輯判斷，能夠可靠迅速準確地斷開相應的饋線斷路器；②若單相接地故障時，分口斷路器拒動，則通過上述零序電流保護的后備保護來實現跳閘。保護②相比于保護①的缺點在于動作范圍即停電范圍擴大。保護②通過時間繼電器延時動作躲避保護①動作，目的是讓零序電流保護優先動作，接地后備保護在時間延時后動作。若無時間繼電器延時，后備保護動作時限較零序電流保護時限短，其理論動作優先性較高，因其缺少微機綜保儀邏輯分析判斷及內部繼電器動作時限，故為躲避零序電流保護動作設置時間延時。

本文論述中性點不接地系統單相接地故障特征量、中性點經電阻柜接地系統單相接地故障特征量及移動變電壓型、電流型漏電繼電器整定值計算。

1 中性點不接地系統正常運行狀態

電力系統正常運行時，電纜或架空線路三相導體之間與各相導體對地之間沿導線全長分布著電容，三相導體之間的電容量較小且與所要研究的接地電容電流無關，兩相線間電容電流與接地點構不成回路，線間電容不影響接地電容電流，暫且不考慮。架設三相系統對稱，將三相導體對地電容用集中于線路中央的等效電容Ca、Cb、Cc代替。 系統正常運行時，三相電源及負載是對稱的，各相對地電容相等且相當于以大地為中性點的對稱負載。

正常運行時三相電源電壓對稱，線路對地電容相等，在相電壓作用下，各相電容電流分別超前相應相電壓90°，負載電流滯后對應相電壓功率因數角φ，三相導線電流為負載電流與電容電流的向量和。

2 中性點不接地系統單相接地故障特征量

當電纜或架空線路三相導體中某一相因絕緣降低、損壞等原因造成單相接地故障，假設單相接地時接地K點處過渡電阻為零，即金屬性接地（完全接地），三相運行狀態將發生變化。

3 中性點經電阻接地系統單相接地故障特征量

中性點不接地三相系統在發生單相接地時，接地點的間歇性電弧，使健全相過電壓，可能損壞健全相絕緣，繼而可能發展成相間短路故障，因而出現了中性點經消弧線圈接地系統（接地時電容電流超前中性點電壓90°，引入消弧線圈，利用其感性電流滯后中性點電壓90°，這兩者的相位相差180°進行補償，一般采取過補償方式），適用于架空線路。我礦采場供電系統拖拽電纜使用長度的動態性，決定其接地電容電流的不確定性，隨著采場電纜電路的增多，電容電流越來越大（超過10A），此時接地電弧不能可靠熄滅，間歇性接地電弧會造成過電壓破壞設備絕緣，電纜線路不允許單相接地運行。為抑制電網過電壓幅值，減少絕緣閃絡的可能，采用中性點經電阻接地，實現系統單相接地時中性點電流與接地電容電流經接地點構成回路，通過對單相接地故障時中性點電流、電壓特征量的采樣，與電壓型、電流型漏電信號繼電器整定值的邏輯判斷實現可實現接地保護功能。

4 移動式變電站中性點經電阻接地電壓型、電流型漏電繼電器整定值

我礦露天采場移動式變電站35kv/6kv主變的聯接方式為DYN11，由變壓器中性點、接地電阻柜、接地PT、接地CT、電流型、電壓型漏電繼電器組成了一個比較完整的接地零序電流和零序電壓保護系統。移動式變電站接地電阻柜阻值為145歐（額定電流25A，額定電壓3.7kV，通流時間10S），電流互感器變比為20/5，與電阻柜并聯的接地電壓互感器變比為4200/100，電流互感器二次側接電流型漏電繼電器KA線圈，電壓互感器二次側接電壓型漏電繼電器KT線圈。KA與KT繼電器的常開觸點分別與電流型漏電信號繼電器、電壓型漏電信號繼電器串聯，這兩者并聯后與中間繼電器KM線圈（其常開點導通跳閘線圈）串聯。當發生單相接地故障后中性點電阻柜電壓與中性點電流值超過KT、KA繼電器設定值后，信號繼電器發信并中間繼電器接通跳閘回路，斷開斷路器，保證作業人員不因接觸帶電設備外殼造成電擊傷害。

5 結論

勝利東二號露天煤礦采場供電系統拖拽電纜及耦合器使用數量龐大、生產環境復雜。通過對單相接地故障時流經中性點電流及電阻柜產生的壓降，與電流型、電壓型漏電繼電器的整定值進行邏輯判斷動作于低后備斷路器，避免人員遭受電擊危害。

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