一起小電流接地選線裝置不正確動(dòng)作事件的分析與改進(jìn)

陳劍平，石恒初，游昊，李銀銀，朱青成

（云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011）

0 前言

我國(guó)10～35 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，即小電流接地方式。小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障支路電流較小[1]，難以達(dá)到線路過(guò)流保護(hù)動(dòng)作定值，故障不能快速切除。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)于電力供應(yīng)安全性的要求越來(lái)越高，配網(wǎng)線路單相接地故障持續(xù)運(yùn)行帶來(lái)的公共安全風(fēng)險(xiǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。為了自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并切除配網(wǎng)單相接地故障，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家進(jìn)行了廣泛深入的研究和實(shí)踐，小電流接地選線裝置的研發(fā)應(yīng)用就是其中一種。小電流接地選線裝置能夠?qū)ε渚W(wǎng)接地線路進(jìn)行選擇，部分裝置還具備出口跳閘功能，自上世紀(jì)80年代開(kāi)始在國(guó)內(nèi)得到推廣應(yīng)用。早期的小電流接地選線裝置，由于選線原理單一、運(yùn)行維護(hù)不到位等方面的原因，選線準(zhǔn)確率不高，應(yīng)用效果不佳[2]。2017年以來(lái)，南方電網(wǎng)公司基于自身應(yīng)用需求，制定了新的小電流接地選線裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并組織研發(fā)了新一代小電流接地選線裝置，在南方電網(wǎng)公司范圍內(nèi)推廣應(yīng)用[3]。新一代的小電流接地選線裝置，功能更加豐富，選線原理更加有效，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中取得了較好的應(yīng)用效果。

本文對(duì)南方電網(wǎng)公司新一代小電流接地選線裝置的功能特征進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，基于一起實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的小電流接地選線裝置不正確動(dòng)作事件，深入分析了裝置不正確動(dòng)作的原因，提出了相應(yīng)的裝置改進(jìn)方案，并對(duì)相關(guān)定值的整定進(jìn)行了分析，對(duì)于進(jìn)一步完善小電流接地選線裝置的功能特性、提高故障自動(dòng)切除效率具有重要意義。

1 小電流接地選線裝置簡(jiǎn)介

1.1 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障特點(diǎn)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)中出現(xiàn)較大零序電壓，故障支路與非故障支路均流過(guò)零序電容電流。故障支路與非故障支路穩(wěn)態(tài)零序電容電流存在以下特征：

1）故障支路的零序電容電流為全系統(tǒng)非故障支路對(duì)地電容電流之和，非故障支路的零序電容電流為本支路的對(duì)地電容電流，一般情況下，故障支路的零序電容電流大于所有非故障支路的零序電容電流；

2）故障支路的零序電容電流滯后于零序電壓90°，非故障線路的零序電容電流超前于零序電壓90°。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，故障支路與非故障支路零序電容電流的5次諧波分量同樣具有上述特征[4]。

1.2 小電流接地選線裝置選線原理

基于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)零序電流特征，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家研究提出了零序電流比幅法、零序電流比相法、有功分量法等多種穩(wěn)態(tài)選線法，并在故障選線中得到了應(yīng)用[5-6]。但由于穩(wěn)態(tài)故障電流較小，穩(wěn)態(tài)選線法受過(guò)渡電阻及線路長(zhǎng)度等因素影響較大，選線準(zhǔn)確率較低。為此，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家研究提出了基于暫態(tài)零序電流的暫態(tài)選線法[7-8]，通過(guò)從故障零序電流中提取特征頻段的暫態(tài)分量應(yīng)用于故障選線，使小電流接地選線裝置的選線準(zhǔn)確率得到了較大提升。近年來(lái)，基于穩(wěn)態(tài)選線法、暫態(tài)選線法等多重判據(jù)的綜合選線法得到了廣泛應(yīng)用[9-10]，選線準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升。

1.3 南方電網(wǎng)新一代小電流接地選線裝置特征

南方電網(wǎng)新一代小電流接地選線裝置均采用基于多重判據(jù)的綜合選線法。與傳統(tǒng)的小電流接地選線裝置相比，該裝置的特點(diǎn)在于，除了常規(guī)的接地選線跳閘功能，還增加了輪切及零序后加速跳閘功能。輪切功能包括選線失敗啟動(dòng)輪切及長(zhǎng)時(shí)限啟動(dòng)輪切，其中，選線失敗啟動(dòng)輪切指當(dāng)選線跳閘失敗后直接啟動(dòng)輪切功能來(lái)切除故障，長(zhǎng)時(shí)限輪切指當(dāng)零序電壓低于選線啟動(dòng)電壓但高于輪切啟動(dòng)電壓時(shí)，經(jīng)一定延時(shí)啟動(dòng)輪切來(lái)切除故障。零序后加速跳閘功能指當(dāng)選線跳閘成功后線路又重合于永久性故障時(shí)（若線路重合閘投入），裝置加速跳開(kāi)該線路。

2 不正確動(dòng)作事件概況及分析

2.1 事件概況

云南電網(wǎng)某35 kV變電站10 kV出線示意圖如圖1所示。

圖1 某35 kV變電站10 kV出線示意圖

2019年2月22日，該變電站10 kV 062線發(fā)生單相永久性接地故障，小電流接地選線裝置選線跳閘失敗（選線結(jié)果為063線，跳閘后零序電壓未消失），后啟動(dòng)輪切，輪切成功（輪切062線路后零序電壓消失），但062線路重合于故障后，小電流接地選線裝置零序后加速未動(dòng)作，導(dǎo)致小電流接地選線裝置再次啟動(dòng)選線，選線仍未成功（再次選中063線），此后，由于063線重合閘動(dòng)作條件不滿足未重合，小電流接地選線裝置持續(xù)發(fā)“合閘超時(shí)”告警，最后由調(diào)控員人工拉路隔離故障，小電流接地選線裝置整組復(fù)歸。此次故障過(guò)程中相關(guān)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)序如表1所示。該變電站小電流接地選線裝置定值如表2所示，062線路、063線路保護(hù)重合閘定值如表3所示。

表1 故障動(dòng)作時(shí)序

表2 小電流接地選線裝置定值

表3 062線、063線重合閘定值

2.2 零序后加速未動(dòng)作原因分析

小電流接地選線裝置在選線跳閘或輪切某條線路成功后（即該線路已跳開(kāi)，系統(tǒng)零序電壓消失）開(kāi)放零序后加速功能，開(kāi)始等待線路重合延時(shí)計(jì)時(shí)，若在等待線路重合期間重新檢測(cè)到零序電壓，則后加速出口跳開(kāi)該線路，否則，等待線路重合延時(shí)計(jì)時(shí)完畢后，裝置整組復(fù)歸。由表1可以看出，相對(duì)時(shí)間12 s，小電流接地選線裝置輪切062線，2 s后故障消失，小電流接地選線裝置開(kāi)始等待線路重合延時(shí)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)完畢后（相對(duì)時(shí)間16 s），由于062線路尚未重合，小電流接地選線裝置判定故障已切除，裝置整組復(fù)歸。相對(duì)時(shí)間23 s，062線路重合于永久性故障，小電流接地選線裝置啟動(dòng)新的一輪選線跳閘。由此可見(jiàn)，此次事件中062線路重合于永久性故障后小電流接地選線裝置零序后加速功能未動(dòng)作的原因?yàn)樾‰娏鹘拥剡x線裝置的等待線路重合延時(shí)定值與線路保護(hù)的重合閘時(shí)間定值不配合，小電流接地選線裝置提前整組復(fù)歸。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

南方電網(wǎng)新一代小電流接地選線裝置均具備零序后加速跳閘功能，大部分廠家均設(shè)置了零序后加速等待延時(shí)定值，但該定值均為裝置內(nèi)部設(shè)定，未開(kāi)放整定。通過(guò)上述分析可知，當(dāng)小電流接地選線裝置內(nèi)設(shè)零序后加速延時(shí)定值小于線路重合閘延時(shí)定值時(shí)，若線路重合于永久性故障，將造成小電流接地選線裝置零序后加速功能拒動(dòng)，小電流接地選線裝置再次啟動(dòng)選線跳閘及后續(xù)動(dòng)作邏輯。同時(shí)，若線路斷路器彈簧儲(chǔ)能時(shí)間與線路保護(hù)重合閘充電時(shí)間配合不當(dāng)（如上述案例中，相對(duì)時(shí)間33 s，063線路第二次跳開(kāi)后，再次重合成功），可能造成斷路器反復(fù)分合，小電流接地選線裝置頻繁動(dòng)作，帶來(lái)較大的設(shè)備及人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)方案

由上可知，為避免線路重合于永久性故障時(shí)小電流接地選線裝置零序后加速功能拒動(dòng)，小電流接地選線裝置零序后加速等待延時(shí)定值應(yīng)大于線路的重合閘時(shí)間定值。實(shí)際運(yùn)行中，10-35 kV線路重合閘延時(shí)定值整定范圍較大，小電流接地選線裝置零序后加速等待延時(shí)定值內(nèi)設(shè)整定不利于與線路保護(hù)重合閘延時(shí)的配合，應(yīng)予以開(kāi)放整定，可采取的開(kāi)放整定方案如表4所示。

表4 零序后加速等待延時(shí)定值開(kāi)放整定方案

采用方案一的開(kāi)放方式，小電流接地選線裝置只需整定一個(gè)零序后加速等待延時(shí)定值，定值整定相對(duì)簡(jiǎn)潔，但為可靠防止誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，該定值需與該裝置所接所有出線重合閘延時(shí)的最大定值配合，不利于接地故障的快速隔離（零序后加速等待延時(shí)計(jì)時(shí)完畢后方進(jìn)入下一邏輯）。采用方案二的開(kāi)放方式，各個(gè)間隔的零序后加速等待延時(shí)定值只需與該條線路的重合閘延時(shí)定值配合整定，應(yīng)用靈活性較高，能較大程度避免方案一帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，可優(yōu)先采用。

3.2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的定值整定

近年來(lái)，隨著供電可靠性要求越來(lái)越高，配電自動(dòng)化設(shè)備在10～35 kV多級(jí)串供線路中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。為有效防范線路多次重合于永久性單相接地故障帶來(lái)的設(shè)備及人身安全風(fēng)險(xiǎn)，小電流接地選線裝置的零序后加速等待延時(shí)整定還需考慮與配電自動(dòng)化設(shè)備相關(guān)動(dòng)作延時(shí)的配合。本文以配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的一種典型應(yīng)用形式為例進(jìn)行分析，其他應(yīng)用形式下的配合要求可采用類(lèi)似的方法分析推導(dǎo)。

圖2所示為含多級(jí)串供線路的35 kV變電站示意簡(jiǎn)圖，開(kāi)關(guān)1為線路L2的站內(nèi)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)2、開(kāi)關(guān)3為線路L2的站外智能分段開(kāi)關(guān)（電壓時(shí)間型，X時(shí)限、Y時(shí)限、Z時(shí)限功能均可靠投入。其中，X時(shí)限指開(kāi)關(guān)的得電合閘延時(shí)時(shí)限；Y時(shí)限指開(kāi)關(guān)的合閘確認(rèn)延時(shí)時(shí)限，若Y時(shí)限內(nèi)開(kāi)關(guān)再次失壓，開(kāi)關(guān)將閉鎖，不再合閘；Z時(shí)限指開(kāi)關(guān)的失電分閘延時(shí)時(shí)限，開(kāi)關(guān)失電后，經(jīng)Z時(shí)限開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘）。

圖2 含多級(jí)串供線路變電站示意圖

設(shè)開(kāi)關(guān)1的重合閘時(shí)間為T(mén)1C，開(kāi)關(guān)2的X時(shí)限、Y時(shí)限、Z時(shí)限分別為T(mén)2X、T2Y、T2Z，開(kāi)關(guān)3的X時(shí)限、Y時(shí)限、Z時(shí)限分別為T(mén)3X、T3Y、T3Z，小電流接地選線裝置零序后加速等待延時(shí)為T(mén)D，且T2Z＜T1C、T3Z＜T1C，則：

1）當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生永久性接地故障時(shí)，由之前的分析可知，小電流接地選線裝置零序后加速功能在線路重合后正確動(dòng)作加速跳開(kāi)開(kāi)關(guān)1的條件為：TD＞T1C。

2）當(dāng)k2點(diǎn)發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，小電流接地選線裝置選跳開(kāi)關(guān)1后，小電流接地選線裝置零序后加速等待延時(shí)及線路L2重合閘延時(shí)同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)（假設(shè)此時(shí)為0時(shí)刻），則T1C時(shí)刻開(kāi)關(guān)1重合，T1C+T2X時(shí)刻開(kāi)關(guān)2得電合閘，合閘于永久性故障，此時(shí)要求小電流接地選線裝置零序后加速動(dòng)作瞬時(shí)切除故障。由此可見(jiàn)，k2點(diǎn)發(fā)生永久性故障時(shí)，小電流接地選線裝置零序后加速正確動(dòng)作的條件為：TD＞T1C+T2X。

3）當(dāng)k3點(diǎn)發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，同k2點(diǎn)發(fā)生單相永久性接地故障的推理，可知，小電流接地選線裝置零序后加速正確動(dòng)作的條件為：TD＞T1C+T2X+T3X。

綜上所述，當(dāng)10～35 kV系統(tǒng)存在配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)且投入X時(shí)限、Y時(shí)限、Z時(shí)限功能時(shí)，若小電流接地選線裝置的零序后加速等待延時(shí)定值按間隔整定，則該定值的整定方法為：大于該線路站內(nèi)開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)限與站外所有分段開(kāi)關(guān)的得電合閘延時(shí)（X時(shí)限）之和，并留有一定裕度。

4 結(jié)束語(yǔ)

南方電網(wǎng)新一代小電流接地選線裝置，功能更加齊全，選線準(zhǔn)確率得到極大提升，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)仍有需要改進(jìn)提升的地方。本文基于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的一起小電流接地選線裝置不正確動(dòng)作事件，詳細(xì)分析了事件發(fā)生的原因，提出了開(kāi)放小電流接地選線裝置零序后加速等待延時(shí)定值整定的方案，并對(duì)零序后加速等待延時(shí)開(kāi)放整定后的整定方法進(jìn)行了分析，提出了指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)于推進(jìn)小電流接地選線裝置的推廣應(yīng)用、指導(dǎo)相關(guān)單位合理開(kāi)展定值整定具有較好的指導(dǎo)意義。