小电阻接地系统零序电流的选取问题比较

2021-11-19韩志成齐俊山

冶金动力 2021年5期

韩志成，齐俊山

（新疆合盛硅业能管中心，新疆鄯善 838200）

引言

新疆合盛电网35 kV 系统在建设初期采用了不接地方式，在投运后发生了多起电缆单相接地事故，由于没有保护，无法实现跳闸，故其中许多事故都发展成了相间短路事故，给现场生产造成了很大影响。为了解决此问题，合盛电网于2018 年10 月份对35 kV 接地方式进行了改造，增加了接地变，中性点电阻71 Ω。该系统投运初期也产生了一些零序保护越级动作的问题，下文就此问题进行说明并提出了解决方案。

1 问题的提出

1.1 事故现象

2019 年12 月17 日1∶13，碳素一线3536 开关报“零序过流一段”保护动作跳闸，动作值4.48 A，整定值1.4 A，石墨化电源一失电，损失负荷24 MW，下级配出的5个开路均失电。

1.2 保护动作合理性分析

事故后对现场进行了检查，发现碳素一线绝缘良好，没有接地，但从录波看，系统发生了B相接地。于是扩大范围进行检查，发现碳素一线下级配出的负荷石墨化一线在开关下口处B 相有烧损现象，初步确定此次跳闸是由石墨化一线引起。

石墨化一线也配置了零序保护，检查石墨化一线保护装置，没有发现动作报告，装置没有启动。从继电保护选择性要求来看，此次事故理应由石墨化一线保护装置动作跳闸，因为石墨化一线的零序保护动作时间为0.6 s，而石墨化一线零序保护动作时间为0.3 s，动作电流均为90 A，从时间配合上来讲是合理的，问题就出在了石墨化一线零序保护拒动。

2 原因查找

2.1 二次回路检查

事故后检查了保护装置，给装置加电流后，保护装置正常出口，说明保护装置没有问题。此次事故中保护装置应该是没有感受到电流。

2.2 继电保护装置零序电流选取问题

零序电流保护是指利用接地时产生的零序电流是保护动作的保护，在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。35 kV 一次系统配置接线图见图1。

图1 35 kV一次系统配置接线图

设计院在二次接线图设计时，也是按照常规设计原则，采用专用的零序互感器电流接入保护装置的零序电流回路。6 kV、10 kV、35 kV电缆出线常见的零序保护互感器接线型式，见图2。

图2 常见的零序保护互感器接线型式

在这种接线方式下当出线电缆发生接地故障时，零序互感器产生零序电流，达到保护动作值后切除故障线路，从而保护设备、避免事故范围扩大。但是这种接线方式有一个缺陷就是当高压电缆头发生接地故障时，由于接地点在零序电流互感器上部，接地故障电流没有流过零序电流互感器，因此保护装置检测不到接地故障电流就不会触发零序保护，由于接地电流较小，电流保护也不能被触发，故障无法消除。这个时候存在以下二种情况：

（1）上一级设置有零序保护，零序电流触发上一级保护动作，造成35 kV 变电站全站失压，下游负荷全部停电停产。

（2）上一级也没有设置零序保护，单相接地电流发热引发相间短路接地故障，触发电流速断保护，给系统造成冲击晃电，会引起大面积变频器负荷故障停机，触发工艺保护联锁造成停产。

不管是哪一种情况，都是企业无法承受的，实际运行过程中，高压电缆最容易发生接地故障的就是高压电缆头，大部分原因都是因为制作工艺质量差，人员业务能力不足造成，因此无法绝对避免。

为有效防止这种情况发生，通过分析发现高压电缆头所处位置介于零序电流互感器与单相电流互感器之间，这两个互感器之间就是保护死区，具体见图3。

图3 零序电流互感器位置示意图

零序电流是三相电流的矢量和，因此基于这个原理，可以选取装置自产零序，这种情况下零序保护判别电流不再采用零序电流互感器的电流，而是利用接入装置的三相电流互感器的电流矢量和作为零序接地故障的判别依据。

当死区范围内的高压电缆头发生接地故障时，零序电流互感器下部并未发生接地故障，没有零序电流，因此零序保护无法动作。

而高压柜内的分相电流互感器由于下部有接地故障，因此装置会自产很大的零序故障电流，从而触发零序保护动作切除故障，避免故障扩大。

但是并非所有的保护装置零序电流保护都可以选择零序电流自产，对于不能自产零序电流的保护装置，我们可以通过调整二次回路接线的方式来实现，具体见图4。

图4 调整后的二次回路接线

通过调整零序电流的接线方式就可以避免高压电缆头发生接地故障时零序保护无法及时跳闸的问题，提高系统的稳定性。

3 解决方法

依据上述情况对零序电流保护定值或接线方式进行调整，在事故发生后对碳素一线下级配出负荷采取了自产零序保护。结果在事故后第3天碳素一线下级配出的石墨化二线发生电缆头接地故障，自产零序保护动作跳闸。此次跳闸没有扩大停电范围，保护动作正确。于是决定对公司所有35 kV小电阻接地系统的零序保护进行重新整定，装置有自产零序功能的，都采取自产零序保护功能，对没有自产功能的，进行二次回路改造。并根据生产情况在停机状态下分别进行保护调试，保证二次回路及保护动作正确，并对所有调整后的线路及保护调试做好记录。调整完毕后系统运行正常。

4 运行情况

2020 年35 kV 系统共计发生11 次接地故障，保护动作正确。除了1起故障是电缆中间部分发生接地故障，其余10次都是电缆头接地故障导致的。此次改变零序保护电流接入方式后，合盛电网35 kV零序保护没有发生拒动情况，收到了良好的效果。同时也说明，在中压系统内，选取自产零序保护比外接零序保护有优势。