配網多臺分界開關同時誤動事故分析

耿 晉，孔 寧，時 鵬，張 凱

（國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274000）

0 引言

采用用戶分界開關就地隔離用戶支線短路故障和接地故障，避免一條支線故障影響主干線路和其他支線，是對集中型和就地型饋線自動化兩種典型模式的重要補充［1-2］。在實際運行當中，分界開關零序過流保護誤動作事件頻繁發生，既影響用戶供電可靠性，又增加了電量損失。對某變電站同一母線配出線路上多臺分界開關因接地故障同時誤動問題，進行分析并給出事故原因及改進措施。

1 故障經過

1.1 跳閘情況

如圖1所示，A站運行方式為線變組分列運行，即M線帶1號變壓器、10 kV I母線負荷，Ⅰ段10 kV無消弧補償，N線帶2號變壓器、10 kVⅡ母線負荷，Ⅱ段10 kV有消弧補償。

某日 17∶13∶06—17∶13∶07，A 站 10 kV Ⅱ線 2 號環網柜02E開關、10 kVⅠ線2號環網柜02D開關共計兩條分支線路幾乎同時發生接地故障跳閘。17∶13∶56—17∶13∶57， 同站 10 kV Ⅰ線 5 號環網柜05C開關、10 kVⅡ線4號環網柜04C開關、7號環網柜07C開關、10 kVⅢ線2號環網柜02C開關、5號環網柜05D開關、4號環網柜04D開關，共計6條分支線路幾乎同時發生接地故障跳閘。17∶14∶17，A站10 kVⅡ線短路故障跳閘，重合不成，配電自動化系統無故障信息。

表1 Ⅰ線5號環網柜05C開關參數及保護配置情況

圖1 A站10 kV母線及所接帶環網柜

1.2 故障判斷

值班人員判斷多條分支開關幾乎同時跳閘，應為分界開關區域外接地故障導致誤動，同時考慮10 kVⅡ線主線故障跳閘，遂對非Ⅱ線的分支開關逐一進行了試送。17∶30，對I線2號環網柜02D開關、5號環網柜05C開關，Ⅲ線2號環網柜02C開關、5號環網柜05D開關、4號環網柜04D開關進行逐一試送，均成功恢復送電。

對Ⅱ線經巡線發現線路故障存在兩處。如圖1所示，分別為1號環網柜01B開關至2號環網柜02A開關之間電纜故障、2號環網柜02E開關下路燈變壓器電纜頭故障。

2 原因分析

2.1 環網柜分界開關參數及保護配置情況

以I線5號環網柜05C開關為例，介紹環網柜分界開關參數及保護配置情況，如表1所示。

經查詢，此案例中所涉及線路的環網柜跳閘的分界開關，其零序保護定值設定均與I線5號環網柜05C開關零序保護定值、時限相同，即零序定值數值為1.6 A，延時為60 s。

2.2 分界開關控制器動作信息及SOE事件記錄

以Ⅰ線5號環網柜05C開關為例，查詢分界開關控制器動作信息記錄，如表2所示。

表2 Ⅰ線5號環網柜05C開關控制器動作信息

查詢Ⅰ線5號環網柜05C開關分界開關跳閘時SOE事件記錄，如表3所示。

表3 分界開關跳閘時SOE事件記錄

從上述信息中可以得出，I線5號環網柜05C開關零序保護定值在動作邏輯是沒有問題的。

2.3 分界開關零序保護定值校驗

變電站10 kV系統多為小電流接地系統，中性點采用不接地或經消弧線圈接地運行方式［3］。系統發生單相接地時的故障電流僅為本系統線路的對地電容電流，尤其對有消弧補償的系統，根據《工業與民用配電設計手冊》規定，單相接地故障電流一般要控制在10 A以下，以保證接地點電弧順利熄弧。

2.3.1 零序電流定值可整定范圍

零序電流值整定原則為：按躲過保護安裝處后故障時流過本保護的接地電容電流整定。

結合案例進行分析，A站10 kV系統共有N條出線，通過統計得知，電纜總長度共30km，架空線總長度共80 km。變電站10 kV系統對地電容電流估算如下。

電纜線路電容電流估算為

架空線路電容電流估算為

考慮變電站設備的附加，系統總電容電流估算為

以A站10 kVⅡ線2號環網柜02E開關零序動作整定值為例，該開關在接地情況下正確動作跳閘，零序電流為A站10 kVⅡ線2號環網柜02E開關以下分支線路發生接地故障時電流，經查詢，該分支線路共有電纜0.5 km，架空1.5 km。該站兩段母線分列運行，兩段母線各自出線發生接地故障時，互不影響，其接地電流估算需按兩段母線分別估算。分別針對中性點不接地系統和經消弧線圈接地系統兩種情況進行計算分析。

1）中性點不接地的I母線系統。

此時流過分界開關的零序電流為除分支自身電容電流外的系統總電容電流，其值估算為

考慮區內接地動作靈敏性1.5，開關零序整定值為

考慮區外接地可靠不動作，考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數1.3，考慮線路參數的誤差引入可靠系數1.8，開關零序整定值為

綜上可知開關零序電流定值可整定范圍為1.265～24.50 A。

2）經消弧線圈接地的II母線系統。

當A站10 kVⅠ線5號環網柜05C開關以下發生接地故障時，流過分界開關的零序電流為分支線路除外的系統總電容電流經消弧補償后的殘流，其值估算為

式中：IL為消弧補償電流，A。

根據《工業與民用配電設計手冊》規定：3～10 kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構成的系統單相接地故障電流不超過10 A。采用消弧線圈接地方式，在正常運行情況下，中性點的長時間位移電壓不超過電網標稱電壓的15%，故障點的殘余電流不宜超過 10 A［4］。因此，在這種情況下，IL-36.76 A 應在 10 A以下。

考慮區內接地動作靈敏性1.5，分界開關零序整定值為

考慮區外接地可靠不動作，考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數1.3，考慮線路參數的誤差引入可靠系數1.8，開關零序整定值為

可知此時開關零序電流定值可整定范圍為1.265～6.667 A。

經查詢，案例中區域外故障誤動的分界開關下所接帶的負荷大多為小區負荷、長線路分支，負荷均較重，線路自身對地電容電流會更大，以誤跳閘的分界開關為例，A站10 kV I線5號環網柜05C開關以下分支線路共有電纜3 km，架空1.5 km。

此時，考慮區外接地可靠不動作，考慮零序電流互感器誤差引入的可靠系數1.3，考慮線路參數的誤差引入可靠系數1.8，開關零序整定值為

可知此時開關零序電流定值無可整定范圍。

綜合有消弧補償和無消弧補償兩種情況的分析計算，可知分界開關零序過流整定值在無消弧補償且系統對地電容電流較大時可整定范圍較寬，可在一定程度上保證接地零序保護的可靠性和靈敏性；但在有消弧補償時可整定范圍將變得較窄。特別是接帶分支線路較長、電纜比重較大時，分支線對地電容電流較大，可整定范圍將很窄，甚至無整定范圍。

2.3.2 誤動作原因分析

案例中I線、Ⅲ線共計5條分支區外接地故障誤跳閘的環網柜分界開關零序保護配置情況如表1所示。此次誤動作的分界開關以下所接帶的負荷均為大分支長線路，且拓撲結構不合理，分支電纜比重大，導致分界開關控制器零序過流保護定值無整定范圍，與環網柜原設置定值不符，造成分界開關零序保護誤動作，這是事故的主要原因。

3 對策建議

3.1 影響因素分析

該事故為配網分界開關控制器保護不正確動作情況的典型案例，即Ⅱ線線路發生兩處接地短路故障，在II線接地短路故障未切除前，發生同站出線Ⅰ線、Ⅲ線共計5條分支區外接地故障誤跳閘。

10 kV配電自動化線路分界開關接地零序過流保護不正確動作多為分支線路區外發生接地故障造成的誤跳閘，且從頻繁誤動環網柜及分界開關以下所接帶負荷情況看，誤動分支線路多為大分支線路，其自身對地分布電容電流較大，系統發生單相接地時造成誤動作跳閘。系統中性點接地方式、本分支對地電容電流占系統對地電容電流的比例這些將影響零序保護的整定范圍的大小。

由于環網柜及分界開關的不同生產廠家保護原理不同，定值整定沒有統一的規程，現場安裝調試人員往往根據自己的經驗或廠家說明書進行裝置定值整定［5］。大多數環網柜在安裝初期，現場安裝調試人員根據開始負荷分支接入情況，即對環網柜分界開關設置整定值。但隨著負荷的不斷接入，由于分支用戶設備參數上報不及時或未上報，原整定值未能及時更改，導致原整定值存在不滿足運行負荷的情況。

這些因素對保證配網分界開關控制器保護的靈敏性和可靠性增加了難度，同時對配電網結構、分界開關安裝位置、零序過流定值設置提出較高的要求。

因此，要想使分界開關零序保護具有較高的可靠性和靈敏性，一方面，應保證分界開關安裝位置的合理性，應保證所接帶分支線不能太長，電纜線路不能太多；另一方面，應考慮站內消弧補償問題，有消弧補償的系統，分界開關零序保護定值可整定范圍將變得較窄，甚至無法整定。

3.2 分界開關零序保護不正確動作問題根源

區外故障誤動的分界開關下接帶了大分支負荷線路或小區開閉所，分界開關或環網柜分支斷路器以下線路自身對地電容電流較大，網絡結構極不合理。

站內消弧線圈的補償作用，使分界開關零序保護可整定范圍縮小，極不容易兼顧保護可靠性和靈敏性。

大部分環網柜分界開關以下為用戶設備，資產屬用戶，管理上無明確設備主人，涉及用戶分界開關控制器的保護定值，設備異動參數報送存在較大困難。

配電網自動化線路設備異動頻繁、情況復雜，且配電網參數前期沒有得到有效的管理，涉及老線路的設備異動參數報送準確性無法保證。

3.3 分界開關零序保護不正確動作問題解決方案

小電流接地系統單相接地故障的特殊性，決定了分界開關控制器零序過流保護的局限性。為保證分界開關控制器接地零序保護的可靠性和靈敏性，應對分界開關安裝布置的合理性提出建議，不宜接帶大分支過長線路。

對由于配網拓撲結構不合理，造成分界開關控制器零序過流定值無整定范圍時，零序過流保護應可靠退出。

建立統一的配網保護定值計算管理平臺，對配網設備異動和設備參數報送、定值計算進行有效的管理。

4 結語

分界開關零序保護無方向，僅僅依靠零序電流大小來判斷故障區間，特別是對于消弧線圈接地配網系統，當系統單相接地時消弧線圈投入補償后，殘流非常小，存在保護區內單相接地故障保護不能動的可能。分界開關用于經消弧線圈接地系統時，判別接地故障如果僅采用穩態零序電流判據，無疑會出現誤判，這種情況下需判別暫態零序電流。因此，要保證分界開關不發生誤動作的情況，要從分界開關安裝位置規劃、消弧線圈殘流控制、建立配網保護定值計算管理平臺幾個方面考慮，充分保證配電網分界開關動作的正確性，避免因保護誤動作引起的停電。