小電流接地系統異地兩相接地故障的繼電保護

呂慶升，朱曉紅，太濤見

(云南電網公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

1 前言

小電流接地系統的短路故障類型有:三相短路、兩相短路、兩相不同地點接地短路。兩相不同地點接地短路可以是同一小接地系統的不同出線，也可以是同一出線的不同點。其短路電流及母線各相電壓的變化受接地點和接地電阻的影響較大，常規的繼電保護難以準確反映兩點接地故障及切除故障線路，導致故障長時間存在，嚴重威脅電網安全穩定運行。以下以一起小電流接地系統異地兩點接地故障為例，進行分析探討。

2 故障相關情況簡介

故障前，110 kV甲站#1、#2主變并列運行，35 kV分段斷路器350在合位，35 kV線路均為運行。

#1主變中后備復壓方向過流Ⅱ段一時限動作，跳本側321斷路器，20時43分33秒，#2主變中后備復壓方向過流Ⅱ段一時限動作，跳本側322斷路器，造成35 kVⅠ母、Ⅱ母全部失壓。當時，該地區有雷雨。事故后，經巡查發現，在變電站圍墻外35 kV東堡線和35 kV富礦線對樹木有明顯放電痕跡。初步判斷為線路異相接地故障，后試送電成功。

圖1 系統運行方式接線圖

3 故障分析

3.1 小接地系統異地兩相接地故障理論分析

如圖2，系統為中性點不接地系統，設L1線路B相K1點接地故障，L1線路的零序電流為，L2線路C相K2點接地故障，L2線路的零序電流為線路、L2線路分別是B相、C相接地故障，對M側電源 (即是主變)來說，相當于BC相相間短路。

圖2 系統簡化接線圖

對L1線路、L2線路來說，保護安裝處的某相的相電壓時短路點的該相電壓與輸電線路上該相的壓降之和:

M側電源 (即主變)，當中性點電壓為 U·N時，則B相、C相電壓平衡方程為:

如前所述，不同線路異地兩相單相接地，對變壓器來說，相當于相間故障，有關系式:

圖3 保護安裝處電流、電壓相量圖

根據圖3的相量圖可以看出小接地電流系統異地兩相接地有如下特征:

1)不接地相電壓升高，但小于線電壓，接近3U0。

2)兩接地相接地點在同一位置，電壓降低，數值基本一致。

3)兩接地相接地點不在同一位置，電壓降低，數值小的靠近母線，數值大的遠離母線。

4)有接地電阻時，也遵循第3條之規律，只不過接地電壓數值抬高。

與兩相短路最明顯的區別是兩相短路非故障相電壓保持不變，而兩點異地接地故障非故障相電壓升至約1.5倍相電壓。

3.2 主變保護錄波數據及保護動作分析

利用Excel生成電流、電壓波形圖如圖4、圖5所示

圖4 電流波形圖

圖5 電壓波形圖

從電流、電壓的波形圖可以判斷系統發生的是不同線路B、C相異地接地故障。

經查證有關保護的定值，主變保護中后備復壓閉鎖方向過流Ⅱ段定值:13.5 A(電流互感器變比為600/5，方向指向35 kV母線)，0.6 s(跳本側);35 kV東堡線過流Ⅱ段定值:15 A(電流互感器變比為300/5)，0.4 s;35 kV富礦線過流Ⅱ段定值:24 A(電流互感器變比為200/5)，0.4 s。

主變中壓側系統兩故障相B相、C相最后兩個周波的有效值分別為13 A，12.8 A，主變中后備BC相間電流超過Ⅱ段定值，同時滿足復壓方向，保護正確動作。這里有個疑惑，折算到線路保護的電流超過線路保護過流Ⅱ段定值，時限0.4 s，為何線路保護過流Ⅱ段沒動作?理由如下:CSL－216B裝置電流返回和整組復歸原理:在啟動后若沒有任何保護元件落入其動作區，經過4 s后返回。過流II段的計時原理是，按到電流動作值開始計時，而如果故障電流值與電流定值的差值小于CPU的浮點數 (接近于零)，在確認30～60 ms后立即返回。本次故障，線路經高阻接地，故障的開始階段，故障電流較小，線路過流Ⅱ段電流元件為動作，計時未開始，而主變保護電流元件所采電流為相間電流，靈敏度較高，計時比較早，導致主變中后備復壓方向過流Ⅱ段計時先到，開放出口跳閘。

#1主變保護動作后，過了約3 s，#2主變保護動作，動作情況類似。緣于類似的故障再次出現。

4 結束語

針對某變電站35 kV系統不同線路兩點異地接地故障，通過理論公式的推導，并作出相量圖，直觀展現此類故障的特征。同時，對本次故障錄波數據進行分析對比，解釋說明本次故障相關保護的動作行為。

［1］江蘇省電力公司.電力系統繼電保護原理與實用技術［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］國家電力調度中心.國家電網公司繼電保護培訓教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［4］上官帖，熊華強，諶爭鳴.“7.21”龍銀II線保護誤動原因分析及對策 ［J］.繼電器，2007，(35):162－164.