变低母线桥单相接地保护动作行为分析及改进

2018-04-24晋龙兴刘子俊肖硕霜

电力安全技术 2018年2期

晋龙兴，刘子俊，肖硕霜

(深圳供电局有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

目前，10 kV出线以电缆为主的城市配电网多采用小电阻接地方式。在经小电阻接地的变电站内，若主变变低母线桥发生金属性单相接地故障，则接地点和接地变形成零序通路，且零序电流大小取决于接地变的小电阻。由于接地变的小电阻一般为十几Ω，零序电流很小，主变差动及后备保护可能无法动作;若接地变保护动作，将跳开变压器低压侧开关并闭锁10 kV备自投，进而造成负荷损失。为避免负荷损失，必须要分析变低母线桥金属性单相接地后保护的动作行为，再提出改进方法。

先分析变低母线桥发生金属性单相接地故障后主变两侧的电流特点；再结合现场工程实际参数分析主变差动保护、后备保护和接地变保护的动作行为。分析结果表明：主变差动及后备保护不会动作，但是接地变保护一定动作。据此，对主变低后备保护进行改进，增加低后备零序电流保护。该零序电流保护先于接地变保护跳开变压器低压侧开关，且不闭锁10 kV备自投，可有效避免负荷损失，保障电网可靠供电。

1 变低母线桥单相接地故障分析

以110 kV变电站1号主变变低母线桥发生金属性A相接地故障为例进行分析，如图1所示。

图1中K点发生A相接地故障时，归算至10 kV侧的正序、负序及零序等值网络，如图2，3，4所示。

图1 变低母线桥单相接地示意

图2 正序等值网络

图3 负序等值网络

图4 零序等值网络

在图2—4中，Z1，Z2，Z0分别为正序、负序及零序网络的等值阻抗分别为故障点A相的正序、负序及零序电流；分别为故障点A相的正序、负序及零序电压；为正序等值电动势。由于故障类型是单相接地故障，正序、负序及零序等值网络串联构成复合序网，其各序电流和短路电流之间的关系如式(1)，(2)所示。

目前，110 kV主变均采用YD11接线，若是正序电流，则高压侧电流滞后低压侧电流30°；若是负序电流，则高压侧电流超前低压侧电流30°。高压侧和低压侧正序、负序电流的相位关系如图5所示。

图5 高压侧和低压侧正负序电流相位关系

IC2分别为高压侧A，B，C相的正序、负序电流。

由图2—4可知，流经高压侧开关的故障电流只有正序电流和负序电流，故高压侧电流计算公式如式(3)所示。高压侧电流的向量如图6所示。

图6 高压侧电流向量

2 保护动作行为分析

结合现场工程实际数据，分别详细分析主变差动保护、主变后备保护及接地变保护的动作行为。

在实际电网中，Z1和Z2基本相等，且相对于Z0非常小，可忽略不计。例如，在深圳电网中任选1个110 kV变电站，其10 kV母线向系统方向看进去的正序等值阻抗为0.3 Ω。Z0主要由接地变的中性点电阻决定。以深圳电网为例，接地变中性点电阻为16 Ω，即Z0约等于48 Ω。据此可得变低母线桥单相金属性接地的零序电流，如式(5)所示。

2.1 差动保护动作行为分析

目前，主变高压侧和低压侧开关的电流互感器均采用星形接线，微机差动保护通过软件算法对各侧电流进行相位校正。以南瑞继保RCS-9671差动保护装置为例，该装置对高压侧电流进行校正，如式(6)所示。

差动电流为高压侧电流和低压侧电流的向量和，由式(7)+式(4)，结果如式(8)所示。

2.2 后备保护动作行为分析

主变后备保护分为高后备保护和低后备保护，其动作行为分析如下。

高后备保护配置有复压过流保护和零序电流保护。变低母线桥单相接地时，高压侧无零序电流，即其零序电流保护一定不会动作。根据《南方电网10 kV—110 kV系统继电保护整定计算规程》，110 kV主变高压侧复压过流保护最末段定值的计算公式可知，高压侧复压过流保护最末段定值大于1.2倍额定电流。

同理，110 kV主变容量取50 MW，高压侧额定电压取110 kV，再结合式(5)和式(3)可知，高压侧复压过流最末段保护不会动作，即高压侧复压过流各段保护均不会动作。

低后备保护只配置过流保护。根据《南方电网10 kV～110 kV系统继电保护整定计算规程》，110 kV主变低压侧过流保护最末段定值大于1.2倍额定电流。同理可知，低后备各段电流保护也均不会动作。

2.3 接地变保护动作行为分析

接地变保护配置过流保护和零序电流保护。过流保护作为接地变内部相间故障的主保护和后备保护，在变低母线桥发生单相接地故障时不会动作。

根据《南方电网10 kV—110 kV系统继电保护整定计算规程》，接地变零序电流最末段定值按照单相高阻接地故障有灵敏度且能可靠躲过线路的电容电流整定。在变低母线桥处发生金属性单相接地时，接地变零序电流保护能够可靠动作。

以深圳电网为例，接地变保护零序电流III定值是75 A(一次值)，接地变采集的零序电流为即360 A，故接地变零序电流III段保护将可靠动作。

3 改进方法

根据以上分析，在现有保护配置情况下，当变低母线桥发生单相接地故障时，接地变保护动作将导致负荷损失。一般情况下，接地变均装设在10 kV母线上。为避免负荷损失，可在主变低后备保护中增加零序电流保护，通过零序保护动作切除故障且动作后不闭锁10 kV备自投。现从零序电流采集、动作时间、出口3方面详细分析低后备零序电流保护的配置。

(1) 零序电流采集。主变低压侧开关的额定电流显著高于母线桥单相接地故障的零序电流。若直接利用变低三相电流的自产零序电流3I0构成保护，在变低负荷不平衡时，极易误动。考虑到变低负荷电流不会突然变化，故采用自产零序电流突变量Δ3I0作为零序保护逻辑判别量。

由图4可知，当变低母线桥单相接地时，流过变压器低压侧开关的零序电流和接地变的零序电流Ijdb0基本相同。

为进一步保障可靠性，将接地变高压侧开关的零序电流Ijdb0采集到低后备保护装置中，作为低后备的外接零序电流。Δ3I0必须同时满足以下2个条件时，才允许动作，如式(9)所示。