小电流接地系统异地两相接地故障的继电保护

2014-06-23吕庆升朱晓红太涛见

云南电力技术 2014年1期

吕庆升，朱晓红，太涛见

(云南电网公司曲靖供电局，云南曲靖 655000)

1 前言

小电流接地系统的短路故障类型有:三相短路、两相短路、两相不同地点接地短路。两相不同地点接地短路可以是同一小接地系统的不同出线，也可以是同一出线的不同点。其短路电流及母线各相电压的变化受接地点和接地电阻的影响较大，常规的继电保护难以准确反映两点接地故障及切除故障线路，导致故障长时间存在，严重威胁电网安全稳定运行。以下以一起小电流接地系统异地两点接地故障为例，进行分析探讨。

2 故障相关情况简介

故障前，110 kV甲站#1、#2主变并列运行，35 kV分段断路器350在合位，35 kV线路均为运行。

#1主变中后备复压方向过流Ⅱ段一时限动作，跳本侧321断路器，20时43分33秒，#2主变中后备复压方向过流Ⅱ段一时限动作，跳本侧322断路器，造成35 kVⅠ母、Ⅱ母全部失压。当时，该地区有雷雨。事故后，经巡查发现，在变电站围墙外35 kV东堡线和35 kV富矿线对树木有明显放电痕迹。初步判断为线路异相接地故障，后试送电成功。

图1 系统运行方式接线图

3 故障分析

3.1 小接地系统异地两相接地故障理论分析

如图2，系统为中性点不接地系统，设L1线路B相K1点接地故障，L1线路的零序电流为，L2线路C相K2点接地故障，L2线路的零序电流为线路、L2线路分别是B相、C相接地故障，对M侧电源 (即是主变)来说，相当于BC相相间短路。

图2 系统简化接线图

对L1线路、L2线路来说，保护安装处的某相的相电压时短路点的该相电压与输电线路上该相的压降之和:

M侧电源 (即主变)，当中性点电压为 U·N时，则B相、C相电压平衡方程为:

如前所述，不同线路异地两相单相接地，对变压器来说，相当于相间故障，有关系式:

图3 保护安装处电流、电压相量图

根据图3的相量图可以看出小接地电流系统异地两相接地有如下特征:

1)不接地相电压升高，但小于线电压，接近3U0。

2)两接地相接地点在同一位置，电压降低，数值基本一致。

3)两接地相接地点不在同一位置，电压降低，数值小的靠近母线，数值大的远离母线。

4)有接地电阻时，也遵循第3条之规律，只不过接地电压数值抬高。

与两相短路最明显的区别是两相短路非故障相电压保持不变，而两点异地接地故障非故障相电压升至约1.5倍相电压。

3.2 主变保护录波数据及保护动作分析

利用Excel生成电流、电压波形图如图4、图5所示

图4 电流波形图

图5 电压波形图

从电流、电压的波形图可以判断系统发生的是不同线路B、C相异地接地故障。

经查证有关保护的定值，主变保护中后备复压闭锁方向过流Ⅱ段定值:13.5 A(电流互感器变比为600/5，方向指向35 kV母线)，0.6 s(跳本侧);35 kV东堡线过流Ⅱ段定值:15 A(电流互感器变比为300/5)，0.4 s;35 kV富矿线过流Ⅱ段定值:24 A(电流互感器变比为200/5)，0.4 s。

主变中压侧系统两故障相B相、C相最后两个周波的有效值分别为13 A，12.8 A，主变中后备BC相间电流超过Ⅱ段定值，同时满足复压方向，保护正确动作。这里有个疑惑，折算到线路保护的电流超过线路保护过流Ⅱ段定值，时限0.4 s，为何线路保护过流Ⅱ段没动作?理由如下:CSL－216B装置电流返回和整组复归原理:在启动后若没有任何保护元件落入其动作区，经过4 s后返回。过流II段的计时原理是，按到电流动作值开始计时，而如果故障电流值与电流定值的差值小于CPU的浮点数 (接近于零)，在确认30～60 ms后立即返回。本次故障，线路经高阻接地，故障的开始阶段，故障电流较小，线路过流Ⅱ段电流元件为动作，计时未开始，而主变保护电流元件所采电流为相间电流，灵敏度较高，计时比较早，导致主变中后备复压方向过流Ⅱ段计时先到，开放出口跳闸。

#1主变保护动作后，过了约3 s，#2主变保护动作，动作情况类似。缘于类似的故障再次出现。