零序過(guò)流保護(hù)在單相接地故障選線中的應(yīng)用探討

吳青軍，黃駕駕，劉東紅

（國(guó)網(wǎng)浙江義烏市供電公司，浙江 義烏 322000）

零序過(guò)流保護(hù)在單相接地故障選線中的應(yīng)用探討

吳青軍，黃駕駕，劉東紅

（國(guó)網(wǎng)浙江義烏市供電公司，浙江 義烏 322000）

10 kV系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，線路單相接地是最常見(jiàn)的故障及停電誘因，其存在的危害和風(fēng)險(xiǎn)較大。目前電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際中各類故障線路選判方式準(zhǔn)確性不高，通過(guò)分析故障情況下故障線路電流的特點(diǎn)，提出利用零序過(guò)流保護(hù)進(jìn)行較準(zhǔn)確的選判方案，并通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行跟蹤，確認(rèn)了方案的實(shí)用性。

配電網(wǎng)；單相接地；選線；零序電流

0 引言

小電流接地系統(tǒng)中，80%以上的線路故障是單相接地故障或由其引發(fā)的。由于單相接地時(shí)，線電壓仍對(duì)稱，理論上對(duì)用戶供電不造成影響，規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運(yùn)行2 h。變電站雖然配置了接地選線裝置，但根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選線準(zhǔn)確性都不高，最終多采用人工試?yán)x判。據(jù)小范圍統(tǒng)計(jì)，每次試?yán)€路在5條左右，導(dǎo)致因試?yán)黾恿藬?shù)量眾多用戶的短時(shí)停電。隨著10 kV出線電纜的增多，單相接地故障電流明顯增大，極易發(fā)展成相間接地短路故障，影響電網(wǎng)安全；同時(shí)，若處置不及時(shí)，甚至可能導(dǎo)致人員傷亡事件。因此，迅速、準(zhǔn)確地判定故障線路，及時(shí)排除單相接地故障是電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控的重要一環(huán)。

1 單相接地故障時(shí)零序電流的分布

帶有35 kV及以下線路的變電站多配有單相接地選線裝置，有單獨(dú)設(shè)置選線裝置的，或綜合在自動(dòng)化系統(tǒng)的站級(jí)層系統(tǒng)中。常用的有零序電流比幅法、5次諧波法、有功分量法、電流突變法、首半波法、小波法等眾多選判法，計(jì)算模型存在差異，但其原理多是利用故障時(shí)線路零序電流分量進(jìn)行選判，以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也驗(yàn)證了其選判原則的實(shí)用性。但隨著電纜線路及消弧線圈在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，接地故障電流被消弧線圈補(bǔ)償，目前的接地選線無(wú)法準(zhǔn)確選判，多又恢復(fù)為通過(guò)人工試?yán)x判。

如A相接地故障，無(wú)消弧線圈補(bǔ)償時(shí)，在非故障線路上，零序電流等于正常運(yùn)行時(shí)線路對(duì)地電容電流，方向從母線指向線路；在故障線路上，零序電流等于所有非故障線路電容電流之和，它大于任一條非故障線路的零序電流，依據(jù)零序電流分量就可以準(zhǔn)確判斷出故障線路。圖1為非接地系統(tǒng)單相接地故障電容電流的分布示意。在經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路時(shí)，消弧線圈補(bǔ)償前，其故障電流分布相同。

圖1 消弧線圈補(bǔ)償前故障電流

投入消弧線圈后，若出現(xiàn)接地故障，消弧線圈控制裝置進(jìn)行判斷，并調(diào)整運(yùn)行方式（短接阻尼電阻R，調(diào)節(jié)電感量L）進(jìn)行電流補(bǔ)償。非故障線路的零序電流仍等于原有線路電容電流，故障線路的零序電流大小等于殘余電流與本線路接地電容電流矢量和，數(shù)值小，甚至低于正常線路，因此利用故障后穩(wěn)態(tài)零序電流進(jìn)行選判的比幅法等無(wú)法準(zhǔn)確判斷。利用暫態(tài)分量的半波法、小波法等選線裝置根據(jù)零序電壓判斷為接地故障后，啟動(dòng)選線程序，采集線路零序電流分量，由于暫態(tài)量的快速衰減，導(dǎo)致采集到的暫態(tài)量因延時(shí)而變小，影響了選判的準(zhǔn)確性。圖2為某試驗(yàn)室提供的單相接地故障時(shí)故障線路、正常線路零序電流錄波圖。

圖2 單相接地故障時(shí)故障線路、正常線路零序電流波形

2 零序電流保護(hù)故障選線方案

2.1 零序電流保護(hù)選線的原理

消弧線圈補(bǔ)償前，故障線路與非故障線路的零序電流值存在較大的差值，且還有暫態(tài)電流存在，幅值可達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)倍到十幾倍，同時(shí)不受消弧線圈的影響，當(dāng)故障點(diǎn)間歇性擊穿，會(huì)不斷地產(chǎn)生暫態(tài)電流使其差值更大。由于消弧裝置補(bǔ)償不能實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)差補(bǔ)償，因此利用補(bǔ)償前的零序電流值可以實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確選判。

目前，變電站內(nèi)10 kV出線均配置了多段式零序過(guò)流保護(hù)，但基本未投入。由于線路保護(hù)裝置實(shí)時(shí)對(duì)線路的零序電流進(jìn)行采樣計(jì)算，不存在延時(shí)，加上保護(hù)用電流互感器采用P級(jí)，能實(shí)時(shí)采集到暫態(tài)故障電流及補(bǔ)償前的零序電流，為準(zhǔn)確選判提供依據(jù)。

2.2 零序電流保護(hù)選線與現(xiàn)有方法的對(duì)比

零序電流保護(hù)選線利用各線路本身的保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)采集零序電流值，減少了現(xiàn)有獨(dú)立選線裝置（或系統(tǒng)）的判斷、啟動(dòng)采集選判程序等過(guò)程的延時(shí)，較準(zhǔn)確采集了補(bǔ)償前時(shí)刻的零序電流，也減少了暫態(tài)量衰減的影響，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選判。圖3為零序電流選線與目前常規(guī)選線裝置的選判過(guò)程對(duì)比。

圖3 不同2種選線原則的選判過(guò)程示意對(duì)比

零序電流保護(hù)選線無(wú)需額外增加系統(tǒng)及設(shè)備，僅需通過(guò)調(diào)整線路零序電流保護(hù)的整定值，并將報(bào)警信號(hào)上傳至調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。

變電站發(fā)母線接地信號(hào)，同時(shí)出現(xiàn)零序保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的線路判斷為接地故障線路，通過(guò)2個(gè)信息的綜合，避免了瞬間干擾電流引起線路零序保護(hù)頻繁發(fā)信導(dǎo)致誤判，實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)發(fā)生永久性接地故障時(shí)準(zhǔn)確判斷。

3 應(yīng)用效果

收集10 kV線路長(zhǎng)度參數(shù)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)各線路（含下屬分支）的長(zhǎng)度不超過(guò)同一段母線上主線路長(zhǎng)度之和，故以主線路長(zhǎng)度總和為系統(tǒng)電容電流整定測(cè)算基準(zhǔn)值，可以躲過(guò)本線路自身電容電流，避免誤選。參照設(shè)計(jì)手冊(cè)中電容電流估算公式，以及相關(guān)論文中電容電流計(jì)算方法，得到電容電流估算值，適當(dāng)考慮靈敏性，確定零序電流整定值。考慮到接地故障電氣量變化過(guò)程的短暫性，采用短時(shí)限進(jìn)行報(bào)警發(fā)信。以某變電站為例，具體整定原則為：

10 kVⅠ 段母線上各出線主線電纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，架空線長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，則按公式（1）計(jì)算得到電容電流IC：

式中：S為電纜的截面積；Ue為線路額定線電壓。

計(jì)算出該段母線上主線自產(chǎn)電容電流，考慮動(dòng)作的靈敏度：I0=IC/Klm，其中Klm取1.5～3，根據(jù)出線數(shù)量進(jìn)行選擇。零序序保護(hù)動(dòng)作發(fā)信時(shí)間為0 s。

在目前投入10 kV線路零序電流保護(hù)的3個(gè)110 kV變電站中，對(duì)發(fā)生的接地故障統(tǒng)計(jì)情況顯示，單相故障時(shí)零序保護(hù)均正確選出了故障線路，成功率達(dá)到100%。同時(shí)，還額外發(fā)現(xiàn)了因用戶設(shè)備故障導(dǎo)致的線路瞬間故障。幾次故障及零序保護(hù)動(dòng)作情況見(jiàn)表1。

表1 幾次故障及零序保護(hù)動(dòng)作情況

4 結(jié)論

在現(xiàn)有的硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，無(wú)需額外增加設(shè)備，通過(guò)調(diào)整線路保護(hù)整定值，利用10 kV線路保護(hù)裝置的零序電流保護(hù)瞬時(shí)發(fā)信功能，配合母線接地信號(hào)，可以準(zhǔn)確地選判出故障線路，也不會(huì)由于瞬間干擾性信息導(dǎo)致誤判，確保了電網(wǎng)設(shè)備與人身安全，也避免了不必要的線路拉停，提高了供電可靠性。

[1]水利電力西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）[M].北京：中國(guó)電力出版社，1989.

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[3]要煥年.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4]劉萬(wàn)順.電力系統(tǒng)故障分析教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[5]郭為金，蔡源.發(fā)電機(jī)消弧線圈的補(bǔ)償方式[J].華東電力，2003，31（10）∶87-88.

[6]肖白，束洪春，高峰.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法綜述[J].繼電器，2001，29（4）∶16-20.

（本文編輯：楊 勇）

Discussion on the Application of Zero Sequence Overcurrent Protection in Fault Line Selection for Single-phase-to-earth Faults

WU Qingjun，HUANG Jiajia，LIU Donghong
（State Grid Yiwu Power Supply Company，Yiwu Zhejiang 322000，China）

The 10 kV power system is a smal1 current earthing system，and the single-phase-to-earth of the power line is the commonest fault and power outage reason，which is quite risky and dangerous.At present，fault line selection modes in power grid operation are not accurate enough.By analyzing characteristics of fault line current in a fault condition，the paper suggests adopting zero sequence overcurrent protection for line selection more accurately；moreover，it tracks the practical application，which confirms the practicality of the scheme.

distribution system；single-phase-to-earth；line selection；zero sequence current

TM862

：B

：1007-1881（2016）01-0047-03

2015-12-16

吳青軍（1966），男，工程師，從事配電網(wǎng)運(yùn)行管理工作。