小電阻接地系統零序電流的選取問題比較

韓志成，齊俊山

（新疆合盛硅業能管中心，新疆鄯善 838200）

引言

新疆合盛電網35 kV 系統在建設初期采用了不接地方式，在投運后發生了多起電纜單相接地事故，由于沒有保護，無法實現跳閘，故其中許多事故都發展成了相間短路事故，給現場生產造成了很大影響。為了解決此問題，合盛電網于2018 年10 月份對35 kV 接地方式進行了改造，增加了接地變，中性點電阻71 Ω。該系統投運初期也產生了一些零序保護越級動作的問題，下文就此問題進行說明并提出了解決方案。

1 問題的提出

1.1 事故現象

2019 年12 月17 日1∶13，碳素一線3536 開關報“零序過流一段”保護動作跳閘，動作值4.48 A，整定值1.4 A，石墨化電源一失電，損失負荷24 MW，下級配出的5個開路均失電。

1.2 保護動作合理性分析

事故后對現場進行了檢查，發現碳素一線絕緣良好，沒有接地，但從錄波看，系統發生了B相接地。于是擴大范圍進行檢查，發現碳素一線下級配出的負荷石墨化一線在開關下口處B 相有燒損現象，初步確定此次跳閘是由石墨化一線引起。

石墨化一線也配置了零序保護，檢查石墨化一線保護裝置，沒有發現動作報告，裝置沒有啟動。從繼電保護選擇性要求來看，此次事故理應由石墨化一線保護裝置動作跳閘，因為石墨化一線的零序保護動作時間為0.6 s，而石墨化一線零序保護動作時間為0.3 s，動作電流均為90 A，從時間配合上來講是合理的，問題就出在了石墨化一線零序保護拒動。

2 原因查找

2.1 二次回路檢查

事故后檢查了保護裝置，給裝置加電流后，保護裝置正常出口，說明保護裝置沒有問題。此次事故中保護裝置應該是沒有感受到電流。

2.2 繼電保護裝置零序電流選取問題

零序電流保護是指利用接地時產生的零序電流是保護動作的保護，在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器來實現接地保護。35 kV 一次系統配置接線圖見圖1。

圖1 35 kV一次系統配置接線圖

設計院在二次接線圖設計時，也是按照常規設計原則，采用專用的零序互感器電流接入保護裝置的零序電流回路。6 kV、10 kV、35 kV電纜出線常見的零序保護互感器接線型式，見圖2。

圖2 常見的零序保護互感器接線型式

在這種接線方式下當出線電纜發生接地故障時，零序互感器產生零序電流，達到保護動作值后切除故障線路，從而保護設備、避免事故范圍擴大。但是這種接線方式有一個缺陷就是當高壓電纜頭發生接地故障時，由于接地點在零序電流互感器上部，接地故障電流沒有流過零序電流互感器，因此保護裝置檢測不到接地故障電流就不會觸發零序保護，由于接地電流較小，電流保護也不能被觸發，故障無法消除。這個時候存在以下二種情況：

（1）上一級設置有零序保護，零序電流觸發上一級保護動作，造成35 kV 變電站全站失壓，下游負荷全部停電停產。

（2）上一級也沒有設置零序保護，單相接地電流發熱引發相間短路接地故障，觸發電流速斷保護，給系統造成沖擊晃電，會引起大面積變頻器負荷故障停機，觸發工藝保護聯鎖造成停產。

不管是哪一種情況，都是企業無法承受的，實際運行過程中，高壓電纜最容易發生接地故障的就是高壓電纜頭，大部分原因都是因為制作工藝質量差，人員業務能力不足造成，因此無法絕對避免。

為有效防止這種情況發生，通過分析發現高壓電纜頭所處位置介于零序電流互感器與單相電流互感器之間，這兩個互感器之間就是保護死區，具體見圖3。

圖3 零序電流互感器位置示意圖

零序電流是三相電流的矢量和，因此基于這個原理，可以選取裝置自產零序，這種情況下零序保護判別電流不再采用零序電流互感器的電流，而是利用接入裝置的三相電流互感器的電流矢量和作為零序接地故障的判別依據。

當死區范圍內的高壓電纜頭發生接地故障時，零序電流互感器下部并未發生接地故障，沒有零序電流，因此零序保護無法動作。

而高壓柜內的分相電流互感器由于下部有接地故障，因此裝置會自產很大的零序故障電流，從而觸發零序保護動作切除故障，避免故障擴大。

但是并非所有的保護裝置零序電流保護都可以選擇零序電流自產，對于不能自產零序電流的保護裝置，我們可以通過調整二次回路接線的方式來實現，具體見圖4。

圖4 調整后的二次回路接線

通過調整零序電流的接線方式就可以避免高壓電纜頭發生接地故障時零序保護無法及時跳閘的問題，提高系統的穩定性。

3 解決方法

依據上述情況對零序電流保護定值或接線方式進行調整，在事故發生后對碳素一線下級配出負荷采取了自產零序保護。結果在事故后第3天碳素一線下級配出的石墨化二線發生電纜頭接地故障，自產零序保護動作跳閘。此次跳閘沒有擴大停電范圍，保護動作正確。于是決定對公司所有35 kV小電阻接地系統的零序保護進行重新整定，裝置有自產零序功能的，都采取自產零序保護功能，對沒有自產功能的，進行二次回路改造。并根據生產情況在停機狀態下分別進行保護調試，保證二次回路及保護動作正確，并對所有調整后的線路及保護調試做好記錄。調整完畢后系統運行正常。

4 運行情況

2020 年35 kV 系統共計發生11 次接地故障，保護動作正確。除了1起故障是電纜中間部分發生接地故障，其余10次都是電纜頭接地故障導致的。此次改變零序保護電流接入方式后，合盛電網35 kV零序保護沒有發生拒動情況，收到了良好的效果。同時也說明，在中壓系統內，選取自產零序保護比外接零序保護有優勢。

5 注意事項

（1）要注意當零序電流采用自產或二次回路合成電流時，零序保護定值需要根據實際CT變比進行調整，否則零序電流保護可能拒動。

（2）因為零序電流采用自產或二次回路合成，因此保護用二次電流回路任何一相出現斷線都可能引發零序保護跳閘。因此設備運行中禁止對電流二次回路做任何工作。