楊健康

（國網(wǎng)南京供電公司，江蘇 南京 210000）

近年，南京供電公司在部分消弧線圈設(shè)備老化、容量不能滿足補(bǔ)償要求及電容電流較大的變電站實(shí)施中性點(diǎn)接地方式改造，逐步將接地變中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地改造成經(jīng)小電阻接地。同時(shí)，在新投運(yùn)的負(fù)荷集中的城區(qū)變電站采用小電阻接地方式。本文分析小電阻接地系統(tǒng)下不同接地點(diǎn)處零序電流的流通路徑，從而加深對零序保護(hù)配置的理解；結(jié)合工作實(shí)際，就改造過程中遇到的一些問題進(jìn)行討論。

1 單相接地故障時(shí)零序電流特性分析

小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的零序電壓和零序電流，零序電流產(chǎn)生的原因是在故障點(diǎn)了施加了零序電壓，經(jīng)過故障支路、接地變的接地支路構(gòu)成流通回路。零序電流的分布，主要取決于線路的零序阻抗和接地變中性點(diǎn)的零序阻抗，而與系統(tǒng)電源的位置和數(shù)目沒有關(guān)系[1]。

2 不同接地點(diǎn)零序電流流通路徑分析

圖1 為小電阻接地系統(tǒng)的典型接線圖，TA1 為主變10 kV側(cè)流變、TA2為線路流變、TA3為接地變流變、TA4 為小電阻流變。下面分別討論在不同地點(diǎn)發(fā)生單相接地短路時(shí)，零序電流的流通路徑。方法就是在接地點(diǎn)模擬加零序電壓U(0)，分析零序電流流通的路徑，如圖2所示，其中x1、x2分別為接地點(diǎn)K1、K2 到 10 kV 母線的等值零序電抗，x3為 K3 點(diǎn)到接地變中性點(diǎn)的等值零序電抗，以上均忽略電阻。3r為在零序序網(wǎng)圖中接地點(diǎn)處等效電阻。

圖1 典型小電阻接地系統(tǒng)圖

K1點(diǎn)短路，如圖2（a）所示，零序電流流通路徑為x1→x3→3r→大地，流過流變TA1、TA3、TA4的零序電流相同，均能反映K1點(diǎn)單相接地時(shí)的零序電流。但該故障點(diǎn)在主變差動動作范圍內(nèi)，此時(shí)主變差動保護(hù)存在較大差流，由主變差動保護(hù)動作切除故障點(diǎn)。

K2點(diǎn)短路，即線路流變以后的線路部分存在單相接地故障。如圖2（b）所示，零序電流流通路徑為x2→x3→3r→大地，流過流變TA2、TA3、TA4 的零序電流相同，均能反映K2點(diǎn)單相接地時(shí)的零序電流。本線路的零序過流保護(hù)動作，保護(hù)范圍為本間隔流變以后的出線部分。

圖2 零序等值電路圖

K3 點(diǎn)短路，即與10 kV 母線相連的所有支路流變之間的設(shè)備存在單相接地故障。如圖2（c）所示，零序電流通路徑為x3→3r→大地，流過流變TA3、TA4的零序電流相同，均能反映K1點(diǎn)單相接地時(shí)的零序電流。此時(shí)沒有主保護(hù)可以動作隔離故障點(diǎn)，只能通過后備保護(hù)來隔離故障點(diǎn)。接地變的零序過流保護(hù)可以同時(shí)跳接地變開關(guān)和主變低壓側(cè)開關(guān)，也可單獨(dú)跳接地變開關(guān)而不跳主變低壓側(cè)開關(guān)。保護(hù)動作行為取決于變電站10 kV系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電容電流值。當(dāng)10 kV系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電容電流在可接受范圍內(nèi)，可不接地運(yùn)行一段時(shí)間，保護(hù)可以只跳小電阻開關(guān)和接地變開關(guān)，不必跳主變低壓側(cè)開關(guān)，提高了系統(tǒng)供電可靠性。當(dāng)10 kV 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電容電流較大，系統(tǒng)不允許不接地運(yùn)行，在跳接地變小電阻或接地變開關(guān)導(dǎo)致系統(tǒng)失去接地點(diǎn)時(shí)，此時(shí)保護(hù)必須動作于主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘。

K4點(diǎn)短路，即接地變流變以后的電纜部分及接地變存在單相接地故障。如圖2（d）所示，零序電流流通路徑為3r→大地，流變TA3不能反映零序電流，僅流變TA4流過零序電流，能反映K4點(diǎn)單相接地時(shí)的零序電流。保護(hù)動作邏輯同K3點(diǎn)，此處不再贅述。

從以上4點(diǎn)可以看出，流變TA4可以反應(yīng)以上4個(gè)故障時(shí)的零序電流，接地變零序保護(hù)不僅可以作為接地變本間隔單相接地故障的主保護(hù)，還可以作為10 kV 系統(tǒng)其他元件單相接地故障的后備保護(hù)。因此接地變零序過流保護(hù)的定值與時(shí)限也應(yīng)考慮與10 kV 出線零序過流保護(hù)配合，以免出現(xiàn)單相接地故障時(shí)接地變先于出線動作跳閘，使系統(tǒng)接地方式由小電阻接地恢復(fù)到不接地方式，不利于電纜運(yùn)行和故障的查找，小電阻接地不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3 零序電流獲取問題分析

3.1 出線零序電流互感器的選擇

在10 kV小電阻接地系統(tǒng)中，主要有2種方式獲取線路零序電流：第一種零序外接方式，取自獨(dú)立的零序流變；第二種是零序自產(chǎn)方式，取自裝設(shè)在線路開關(guān)柜內(nèi)的反映分相電流的三只流變，保護(hù)裝置通過向量相加的方式獲得零序電流[2]。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，零序保護(hù)采用外接方式獲取零序電流存在安全隱患：外接零序流變或者回路有故障時(shí)，易造成保護(hù)拒動，而保護(hù)裝置無法自檢、判斷發(fā)信；現(xiàn)場工作中，經(jīng)常出現(xiàn)電纜外屏蔽層接錯(cuò)的現(xiàn)象，導(dǎo)致零序流變測量范圍內(nèi)包含了屏蔽層中的電流，容易造成保護(hù)誤動；在線路零序保護(hù)的死區(qū)內(nèi)（零序流變與三相流變間）發(fā)生單相接地時(shí)，如選用外接零序方式，故障屬于K3點(diǎn)故障，將由后備接地變零序過流保護(hù)動作，導(dǎo)致事故范圍的擴(kuò)大；如選用自產(chǎn)零序方式，故障屬于K2點(diǎn)故障，由本間隔零序過流保護(hù)動作跳閘，限制了事故范圍。建議線路零序保護(hù)應(yīng)盡可能采用自產(chǎn)零序電流，即經(jīng)過線路三相電流合并而成。

3.2 接地變零序電流互感器的選擇

由前述分析可知，接地變流變以后的電纜部分及接地變存在單相接地故障時(shí)，零序電流流過TA4，而不流過TA3。因此，為使接地故障的保護(hù)范圍包含接地變內(nèi)部設(shè)備，同時(shí)避免重復(fù)配置零序電流保護(hù)，接地變零序過流保護(hù)電流應(yīng)取自TA4。但在實(shí)際應(yīng)用中時(shí)有人員因工作原理不清楚將TA3 接至接地變零序過流保護(hù)。而驗(yàn)收人員未能發(fā)現(xiàn)該隱患。接地變電纜較短，發(fā)生單相接地的概率較小，誤接線不易被發(fā)現(xiàn)。一旦發(fā)生單相接地，將出現(xiàn)接地變零序保護(hù)拒動的嚴(yán)重后果。應(yīng)開展關(guān)于接地變零序保護(hù)流變配置情況的專項(xiàng)檢查，確保投入運(yùn)行的接地變零序過流保護(hù)電流取自接小電阻處流變[3]。