關于礦用變電站中接地變保護配置的研究分析

鄭本濤

（山西煤炭進出口集團左權鑫順煤業有限公司， 山西 晉中 032699）

引言

目前，智能變電站和常規變電站內的繼電保護裝置的作用基本一樣，都是給站內的進、出線、主變、接地變等設備提供保護。變電站內繼電保護裝置包括保護裝置、測控裝置等設備，其中保護裝置為線路、變壓器、電容器、接地變等設備提供相應的保護。繼電保護中的整定運行是整個系統工程中非常重要的一部分。在電力系統中遇到事故或者出現異常工程的情況下，保護裝置能夠在最小區域范圍以及最短響應時間內，將出現故障的設備自動地從整個系統中切斷，或給值班人員發出信號消除異常工況，從而降低設備損壞的影響，保護相鄰地區免受事故的波及和擴大。隨著電網電纜線路的應用，線路接地時電容電流不斷上升后，傳統的中性點消弧線圈接地方式已經不能解決現場對接地保護的問題。因此，有必要對變電站中接地保護配置進行改進，保證電力系統運行過程的安全和穩定。

1 傳統接地方式存在的問題

變電站電力系統通常有3 種接地方式，即不接地方式、經消弧線圈接地方式和直接接地方式。當系統電壓等于或大于110 kV，在這種情況下發生接地故障時，產生的接地電流較大，所以要求接地保護具有很好的保護功能。由于直接接地方式具有靈敏度高、可靠性強、響應速度快，能快速切除故障的優勢，可對設備進行安全保護，因此系統電壓等于或大于110 kV 時，通常選擇直接接地方式。當系統電壓小于或等于35 kV，發生單相接地故障，又是故障率最高的一種故障類型時，由于不接地和經消弧線圈接地兩種方式在發生故障時不會影響系統當中線電壓的對稱性，并且可以在短時間內安全穩定運行2 h，因此在這種情況下，一般選用不接地和經消弧線圈接地兩種方式，發生單相接地故障后還能在短時間內安全運行，可靠程度較高。此外由于變電站內會產生較高的接地電容電流，很大程度上會產生過電壓，引起間歇性的電弧，從而發生多點短路這一類的事故，因此，智能變電站內的10 kV 和35 kV 兩種電壓系統采用的接地方式常常是消弧線圈接地方式。

隨著電纜線路在電網系統中的不斷應用，使得線路接地時產生的電容電流也不斷上升，傳統的中性點消弧線圈接地方式已經不能解決現場對接地保護的問題，因此提出了中性點經電阻接地方式，并且得到了一定程度的應用。

電力系統在采用中性點經電阻接地的方式后，當電網發生了故障率較高的單相接地故障時，能夠很大程度上限制單相接地電流，還能夠對故障線路進行判斷，從而切斷故障設備的線路，降低其對電氣設備造成的損壞。此外中性點經電阻接地方式還能夠在一定程度上降低電氣設備的耐壓水平，避免了復雜電網中采用消弧線圈接地方式帶來的管理和運行上的麻煩，節省了投資，降低了成本。

2 接地變保護配置和整定的改進設計

2.1 接地變保護配置的改進

常規接地變保護通常需要設置兩段電流保護，而經電阻接地方式在此基礎上還需配置額外的兩段零序電流保護。其中I 段和II 段的電流定值分別為接地變額定電流的10～14 倍和1.5～2 倍，并且I 段電流對接地變高壓側靈敏，II 段則相反，對接地變低壓側靈敏，時間分別取20～50 mm 和1～1.3 s。同時II 段電流的定值在數值和時間上，還必須要和出線零序電流定值的1/3 相配合。

不接地和經消弧線圈接地兩種方式的接地變保護裝置通常配置的是站用變保護裝置并形成了測控一體化，特殊情況下也會直接采用線路保護裝置，并且在保護功能上，都會采用兩段式過流保護和過負荷告警功能兩種方式進行保護。目前變電站中采用中性點經電阻接地方式的還不太多，但是這種接地方式下的接地變保護裝置的功能配置也有所不同，需要進行改進[1-2]。因此采用這種中性點經電阻接地的接線方式時，接地變保護裝置也需要配置專用的測控一體化的站用變保護裝置，除了前面提到的兩種保護方式外，還需要使用零序電流保護，其作用在于出現故障時可跳閘保護設備。

2.2 接地變保護整定的改進

這種中性點經電阻接地的接線方式根據電阻值的大小可以分為經小電阻接地和經中電阻接地，而這兩種經電阻接地整定的方案也有所區別。

1）經小電阻接地變保護整定。小電阻指的是電阻值在10～20 Ω 之間，這種方式下的零序電流與出線的零序電流在定值和時間兩個方面都要吻合。保護跳閘根據接地電阻上有無專用的接地開關分為兩種情況。當接地電阻上安裝了專用的接地開關時，保護跳閘應該在1～1.5 s 的第一時間跳轉到接地電阻開關，并在1.5～1.8 s 的第二時間跳轉到接地變自身開關。當接地電阻上可能由于空間、成本等原因而沒有安裝專用的接地電阻開關時，與前者相反，保護跳閘應該在1 s 的第一時間跳轉到接地變自身開關，在1.5 s 的第二時間跳轉到主變低壓側的開關，同時還要閉鎖分段備自投。

2）經中電阻接地變保護整定。經電阻接地時的電阻值在60～100 Ω 之間為中電阻，其零序電流與經小電阻接地變保護一樣，與出線的零序電流在定值和時間兩個方面都要吻合。當接地電阻上安裝了專用的接地開關時，保護跳閘應該在1～1.5 s 的第一時間跳轉到接地電阻開關，并在1.5～1.8 s 的第二時間跳轉到接地變開關。當接地電阻上沒有安裝專用的接地電阻開關時，這時可以有兩種方案，并且需要根據現場實際情況進行選擇，一種方案是保護跳閘在1 s 的第一時間跳轉到接地變自身開關，在1.5 s的第二時間跳轉到主變低壓側的開關，同時還要閉鎖分段備自投；另一種方案是保護跳閘在1 s 的第一時間跳轉到接地變自身開關，在1.5 s 的第二時間跳轉到分段開關，在1.9～2.2 s 的第三時間跳轉到主變低壓側的開關，同時閉鎖分段備自投[3-4]。

3 應用實例

以電廠的NSR-3697 型的接地變保護裝置為例，在其設備參數中，“被保護設備”和“定值區號”分別設置為“10 kV 接地變”和“00 區”；母線PT 一次額定值和二次額定值設定為10 kV 和100 V，保護CT一次額定值和二次額定值設定為600 A 和5 A，高壓側零序CT 一次值和二次值設定為0 A 和5 A，低壓側零序CT 一次值和二次值設定為0 A 和5 A。

計算得到接地變電流為40.4 A，所以過流I 段的定值取接地變額定電流的10～14 倍，即404～565.6A，根據經驗取值450 A。靈敏度計算得出為1.57 大于1.5，因此過流I 段的取值為450/3.75 A，時間為0.5 s。過流II 段的定值取1.5～2 倍的接地變額定電流，即60.6～80.8 A，取值64 A，靈敏度計算為1.51 大于1.5，因此過流II 段取值為64/0.5 A，時間為1 s。過負荷告警電流設定為接地變額定電流的1.2 倍進行整定，因此整定電流取值為48/0.4 A，時間為5 s[5]。

控制字和軟壓板的整定上，包含有過流I 段和II 段、過負荷告警功能外，還有控制回路斷線、遠方控制壓板等功能，除此之外的其余功能全部退出[6]。通過以上的整定，接地變保護的范圍和動作時間都能夠上下進行配合，數值的靈敏度也都滿足整定的要求。

4 結語

隨著電網電纜線路的應用，線路接地時電容電流不斷上升后，提出了采用中性點經電阻接地的接線方式，與常規接地變保護需要設置兩段電流保護相比，需要配置額外的兩段零序電流保護，當電力系統出現單相接地故障后，產生零序電流時，可以依靠保護跳閘動作來實現將接地設備與系統的斷路，保證電力系統運行過程的安全和穩定。同時相應的線路保護、分段保護、電容器保護等保護功能的實現，也都需要像接地變保護一樣，額外增加同樣的零序電流保護功能。