農(nóng)網(wǎng)配電開關(guān)零序電流采集異常分析及零序保護(hù)整定計算方法應(yīng)用

劉瑞貴，宋先琴，伍繼紅，陳 東，鄒 力

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司安順供電局，貴州 平壩 561000）

為保障10 kV 配電線路安全運(yùn)行，快速隔離用戶設(shè)備故障，平壩電網(wǎng)要求凡新增的10 kV 高壓用戶，應(yīng)在產(chǎn)權(quán)分界處安裝帶配電自動化終端的分界開關(guān)設(shè)備。要求安裝的分界開關(guān)和終端設(shè)備應(yīng)具備自動隔離用戶側(cè)相間短路、自動切除用戶側(cè)接地故障的功能，以達(dá)到隔離用戶故障，縮小停電范圍的目的。本文針對一起客戶產(chǎn)權(quán)分界開關(guān)FTU零序電流采樣異常進(jìn)行分析及零序電流保護(hù)整定計算的實(shí)例應(yīng)用分析。

1 零序電流異常現(xiàn)象

2021 年03 月24 日，我局配電班人員在客戶分界開關(guān)日常巡視過程中，發(fā)現(xiàn)齊佰礦山支線81#桿處FDR-310 分界開關(guān)控制器顯示零序電流值異常（一次值：Ia=63.8 A、Ib=63.5 A、Ic=180.6 A、Io=238 A），ABC 三相電流不對稱，零序電流偏大，直接影響設(shè)備安全可靠運(yùn)行，可能由采樣異常引起保護(hù)定值執(zhí)行不正確，有保護(hù)誤動跳閘引起停運(yùn)的風(fēng)險，將造成用電客戶的直接經(jīng)濟(jì)損失。

2 零序電流異常分析

2.1 設(shè)備配置情況

齊佰礦山總裝機(jī)容量2×630 kVA配電變壓器2臺，負(fù)荷主要是三相電機(jī)感性負(fù)載。配置的ZW32-12型戶外高壓柱上真空斷路器：額定開斷電流25 kA、額定電流630A，TA變比600/5、400/5、200/5 3種。采用FDR-310 分界開關(guān)控制器，配置三段式過電流保護(hù)、三次重合閘、零序電流保護(hù)、帶短信告警等功能，零序電流采集采用ABC三相合成零序計算方式。

2.2 三相電流采樣值不平衡分析

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)FDR-310 型分界開關(guān)控制器的一次電流采集值分別為：IA=63.8 A、IB=63.5 A、IC=180.6 A、I0=238 A，其中C相電流值180.6 A是其他A、B兩相的3倍，初步判斷C相電流互感器電流變比錯誤。

查出廠說明書ABC三相TA電流變比都是600/5（出廠值），二次額定電流5 A，即每相TA變比K=600/5=120，將采集的一次電流值都?xì)w算到二次側(cè)電流值得：IA=63.8/120 ≈ 0.5A、IB=63.5/120 ≈ 0.5 A、IC=180.6/120 ≈ 1.5A。

該礦山的用電負(fù)荷90%以上全部是三相動力負(fù)載，可按三相負(fù)載對稱情況計算分析。以A、C 相二次電流值折算的等比關(guān)系推算出C相實(shí)際變比K′。

已知：二次電流IA=0.5A、IC=1.5 A，TA變比K=600/5=120，求C相TA變比K'。

由上式可知：C 相TA變比K'=40，實(shí)際變比應(yīng)為200/5，變比錯誤是引起C相電流采樣數(shù)值偏大的主要原因。

2.2.1 TA變比改接后三相電流平衡出現(xiàn)零序電流

為了解決C 相電流采樣數(shù)值偏大問題，配電班人員辦理工作票后，停運(yùn)該礦山支線分界開關(guān)進(jìn)行檢查改接線，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)C 相TA實(shí)際所接變比為200/5與理論計算分析結(jié)果一致，其余A、B相TA變比接600/5 與出廠值相符，可以確定該分界開關(guān)出廠時，廠家人員將C相TA變比接錯，是導(dǎo)致C相電流采樣數(shù)值偏大的主要原因。現(xiàn)場將C 相TA變比改接成600/5 后，ABC 三相電流采樣平衡（IA=32.1A、IB=32.2 A、IC=31.4 A、I0=62.5A）。從圖1 看出：改接C相TA變比后，雖然A、B、C三相電流平衡，但是出現(xiàn)了較大的零序電流“3I0=62.5A”，直接影響保護(hù)整定。零序電流3I0偏大原因，可能是該分界開關(guān)本體TA接線還存在問題。為此，筆者搜集現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行以下分析論證。

圖1 現(xiàn)場C相TA變比改接

2.2.2 三相電流不對稱時確定TA反極性相別

筆者查閱了該分界開關(guān)FDR-310控制器說明書，得知零序電流3I0是采用軟件“合成零序”的計算方法，即3I0=IA+IB+IC計算公式。而且該分界開關(guān)FDR-310 控制器無“電流相位角”調(diào)閱功能，各相電流回路極性的正確性不能直觀準(zhǔn)確判斷，給現(xiàn)場分析帶來極大的難度。為此，現(xiàn)場了解了該礦山90%以上的用電負(fù)荷都是三相動力負(fù)荷，而且從電流數(shù)值上來看三相負(fù)載平衡對稱，而且在投運(yùn)時供電部門對該分界開關(guān)的進(jìn)、出線相序進(jìn)行核相為正序相序，從上面第一手資料的掌握，可初步判斷某相TA極性反極性引起“零序電流”偏大，并根據(jù)未改C 相TA變比前的電流采集數(shù)值“IA=63.8A∠0°、IB=63.5 A∠240°、IC=180.6 A∠120°”進(jìn)行理論推算（A、B、C三相電流取正序角度），計算出各相反極性時零序電流3I0數(shù)值與裝置實(shí)采3I0（238 A）數(shù)值進(jìn)行比較確定反極性TA相別。

假設(shè)A相TA反極，即：

圖2 A相TA反極性時3I0相量圖

假設(shè)B相TA反極性，即：

圖3 B相TV反極性時3I0相量圖

假設(shè)C相TA反極性，即：

由圖4 計算結(jié)果可知：在三相電流不對稱的情況下，以“C 相反極性”理論計算出的合成零序電流值與裝置采集3I0（238 A）數(shù)值基本相符，可以判斷C 相TA反極性，是引起零序電流3I0偏大的主要原因。現(xiàn)場打開分界開關(guān)電流端子盒，發(fā)現(xiàn)A、B、C 三相電流回路只引出首端IA、IB、IC二次線，三相電流回路N 端二次線全部并接在分界開關(guān)本體內(nèi)部，無專用工具暫時不能處理，且該分界開關(guān)在保修期內(nèi)，待返廠維修，如圖5所示。

圖4 C相TA反極性時3I0相量圖

圖5 A、B、C三相電流回路N相內(nèi)部已并接

3 合成零序電流與獨(dú)立零序電流區(qū)別

所謂的“獨(dú)立零序電流”就是將A、B、C三相TA二次繞組首、尾端并接后，在電流回路的中性線N上穿上一個零序小TA所采集的零序電流。合成零序電流則是利用A、B、C三相電流有效值進(jìn)行相加計算所得的零序電流。二者有明顯的區(qū)別。

在中性點(diǎn)不接小電流系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，實(shí)際上故障相電流就是非故障相電容電流之和，我們把這種故障相電流俗稱為“零序電流”其故障時的幅值很小，在零序電流保護(hù)中非常難以整定計算，特別是“合成零序電流”保護(hù)整定計算更加困難，有可能三相電力負(fù)荷不平衡會產(chǎn)生較大的“零序電流”引起誤動，運(yùn)行可靠性非常差易誤動，該類保護(hù)已被淘汰不能作為零序保護(hù)投入使用。其原理只作為三相電力負(fù)荷的“不平衡電流”保護(hù)、零序電流方向元件、零序保護(hù)啟動邏輯條件等使用。

目前，市場上主流的“零序電流”保護(hù)，均采用獨(dú)立零序電流采集方法，選用小TA變比（20/1）精確度可以達(dá)到1%，能真實(shí)地反應(yīng)小電流系統(tǒng)接地時的零序電流（即電容電流）大小，有利于零序電流保護(hù)整定計算，確保正確動作率，可有效提高供電可靠性。筆者在安順供電局選取了接地故障率非常高的10 kV 樂大線線路，作為驗證“獨(dú)立零序電流保護(hù)”正確動作率的試點(diǎn)，并在100 號桿處安裝FTU 及分界開關(guān)，掌握線路參數(shù)后，進(jìn)行了零序電流保護(hù)整定計算，零序電流一次值整定1 A，如表1所示。2020 年3—6 月期間，發(fā)生了4 次接地故障，所有故障正確切除，避免了調(diào)度全線段拉閘停電，供電可靠性得到大幅提升。動作實(shí)例如下。

2020 年 3 月 21 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“新河支線2號桿”處發(fā)生A相接地故障，獨(dú)立零序保護(hù)正確動作切除故障點(diǎn)，故障電流2.3 A。故障點(diǎn)如圖6所示。

圖6 10 kV樂大線100#桿后段新河支線2號桿處故障點(diǎn)

2020 年 6 月 13 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“桃花支線71 號桿”處發(fā)生C 相接地故障，獨(dú)立零序保護(hù)正確動作切除故障點(diǎn)，故障電流1.5A。故障點(diǎn)如圖7所示。

圖7 10 kV樂大線100#桿后段桃花支線71號桿故障點(diǎn)

2020 年 6 月 15 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“大堯支線1號桿”處發(fā)生B相接地故障，獨(dú)立零序保護(hù)正確動作切除故障點(diǎn)，故障電流1.9 A。故障點(diǎn)如圖8所示。

圖8 10 kV樂大線100#桿后段大堯支線1號桿故障點(diǎn)

2020 年 6 月 15 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“大堯配變”高壓側(cè)C相避雷器接地故障，獨(dú)立零序保護(hù)正確動作切除故障點(diǎn)，故障電流1.6 A。故障點(diǎn)如圖9所示。

圖9 大堯配變高壓側(cè)C相避雷器接地故障

通過上述動作實(shí)例分析，不難看出“零序電流保護(hù)整定計算方法”是可行的，能確保切除單相接地故障正確動作率達(dá)100%。驗證期間遇雷雨、大霧、陰雨等天氣未發(fā)生誤動情況。

4 存在的問題

該礦山分界開關(guān)屬于電舊設(shè)備，其功能過于落后，達(dá)不到南方電網(wǎng)公司的《10 kV 柱上真空斷路器成套設(shè)備技術(shù)規(guī)范書》相關(guān)要求，也不能滿足現(xiàn)階段平壩供電局配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運(yùn)行要求。具體如下：

未采用“獨(dú)立零序TA”配置，只配置“合成零序保護(hù)”整定誤差相當(dāng)大，而且合成計算出的“零序電流”隨負(fù)荷電流變化較大，配網(wǎng)人員只是憑借經(jīng)驗整定定值，特別是短線路的零序電流定值整定更加困難，經(jīng)常發(fā)生保護(hù)誤動、拒動現(xiàn)象，直接降低全線路供電可靠性；

交流工頻輸入量（電流、電壓）基本誤差較大，不能滿足運(yùn)行要求，直接影響保護(hù)動作的可靠性、準(zhǔn)確性，也有誤動、拒動的風(fēng)險，保護(hù)定值執(zhí)行非常困難；

不能實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)自動化設(shè)備通信要求。

5 采取的措施

為了確保該礦山人身和設(shè)備安全及提高供電線路供電可靠性，由客戶服務(wù)中心制定合理的供用電管理辦法，與用戶簽訂供用電合同時，將南方電網(wǎng)《10 kV柱上真空斷路器成套設(shè)備技術(shù)規(guī)范書》相關(guān)要求列入其中，安裝符合技術(shù)要求的分界開關(guān)成套設(shè)備，完全能接入配電自動化系統(tǒng)中，滿足運(yùn)行要求。安順供電局將對客戶的產(chǎn)權(quán)設(shè)備上網(wǎng)進(jìn)行常態(tài)化模式管理，對不滿足配電自動化系統(tǒng)運(yùn)行要求的設(shè)備一律禁用，同時清理不合格的客戶產(chǎn)權(quán)設(shè)備，重新配置符合技術(shù)要求的自動化設(shè)備，確保安全、可靠接入到配電自動化系統(tǒng)中。

6 結(jié)束語

綜上所述，合成零序電流保護(hù)應(yīng)用在小電流不接地系統(tǒng)中“零序電流”的采集是根據(jù)ABC三相負(fù)荷電流合成計算得出的，誤差值非常大，可能任一相負(fù)荷電流變化時，將引起較大的不平衡電流，容易引起零序電流保護(hù)誤動，造成井下停電危及人身和設(shè)備的安全。如果取消該零序保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，分界開關(guān)不能及時切除接地故障，井下的工作環(huán)境非常潮濕，工作人員也容易發(fā)生人身觸電，直接危及人身安全。調(diào)度員可根據(jù)相關(guān)調(diào)度運(yùn)行規(guī)定將全線路拉閘停電，將造成大面積停電，供電可靠性將大大降低。為此，筆者查閱大量的關(guān)于小電流系統(tǒng)“零序電流保護(hù)”整定方法資料，并通過實(shí)踐論證，最終找出圖10中的最佳“零序電流保護(hù)”整定計算方法，徹底解決了“零序電流保護(hù)”整定困難的棘手問題。

圖10 獨(dú)立零序電流保護(hù)整定計算方法示意圖

總的來說，該整定計算方法在故障率較高的試點(diǎn)線路上運(yùn)行，并通過動作實(shí)例分析也證實(shí)了該整定計算方法所整定的“零序電流保護(hù)”正確動作率達(dá)100%，該方法是可行的，具有推廣價值。