关于矿用变电站中接地变保护配置的研究分析

郑本涛

（山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司， 山西 晋中 032699）

引言

目前，智能变电站和常规变电站内的继电保护装置的作用基本一样，都是给站内的进、出线、主变、接地变等设备提供保护。变电站内继电保护装置包括保护装置、测控装置等设备，其中保护装置为线路、变压器、电容器、接地变等设备提供相应的保护。继电保护中的整定运行是整个系统工程中非常重要的一部分。在电力系统中遇到事故或者出现异常工程的情况下，保护装置能够在最小区域范围以及最短响应时间内，将出现故障的设备自动地从整个系统中切断，或给值班人员发出信号消除异常工况，从而降低设备损坏的影响，保护相邻地区免受事故的波及和扩大。随着电网电缆线路的应用，线路接地时电容电流不断上升后，传统的中性点消弧线圈接地方式已经不能解决现场对接地保护的问题。因此，有必要对变电站中接地保护配置进行改进，保证电力系统运行过程的安全和稳定。

1 传统接地方式存在的问题

变电站电力系统通常有3 种接地方式，即不接地方式、经消弧线圈接地方式和直接接地方式。当系统电压等于或大于110 kV，在这种情况下发生接地故障时，产生的接地电流较大，所以要求接地保护具有很好的保护功能。由于直接接地方式具有灵敏度高、可靠性强、响应速度快，能快速切除故障的优势，可对设备进行安全保护，因此系统电压等于或大于110 kV 时，通常选择直接接地方式。当系统电压小于或等于35 kV，发生单相接地故障，又是故障率最高的一种故障类型时，由于不接地和经消弧线圈接地两种方式在发生故障时不会影响系统当中线电压的对称性，并且可以在短时间内安全稳定运行2 h，因此在这种情况下，一般选用不接地和经消弧线圈接地两种方式，发生单相接地故障后还能在短时间内安全运行，可靠程度较高。此外由于变电站内会产生较高的接地电容电流，很大程度上会产生过电压，引起间歇性的电弧，从而发生多点短路这一类的事故，因此，智能变电站内的10 kV 和35 kV 两种电压系统采用的接地方式常常是消弧线圈接地方式。

随着电缆线路在电网系统中的不断应用，使得线路接地时产生的电容电流也不断上升，传统的中性点消弧线圈接地方式已经不能解决现场对接地保护的问题，因此提出了中性点经电阻接地方式，并且得到了一定程度的应用。

电力系统在采用中性点经电阻接地的方式后，当电网发生了故障率较高的单相接地故障时，能够很大程度上限制单相接地电流，还能够对故障线路进行判断，从而切断故障设备的线路，降低其对电气设备造成的损坏。此外中性点经电阻接地方式还能够在一定程度上降低电气设备的耐压水平，避免了复杂电网中采用消弧线圈接地方式带来的管理和运行上的麻烦，节省了投资，降低了成本。

2 接地变保护配置和整定的改进设计

2.1 接地变保护配置的改进

常规接地变保护通常需要设置两段电流保护，而经电阻接地方式在此基础上还需配置额外的两段零序电流保护。其中I 段和II 段的电流定值分别为接地变额定电流的10～14 倍和1.5～2 倍，并且I 段电流对接地变高压侧灵敏，II 段则相反，对接地变低压侧灵敏，时间分别取20～50 mm 和1～1.3 s。同时II 段电流的定值在数值和时间上，还必须要和出线零序电流定值的1/3 相配合。

不接地和经消弧线圈接地两种方式的接地变保护装置通常配置的是站用变保护装置并形成了测控一体化，特殊情况下也会直接采用线路保护装置，并且在保护功能上，都会采用两段式过流保护和过负荷告警功能两种方式进行保护。目前变电站中采用中性点经电阻接地方式的还不太多，但是这种接地方式下的接地变保护装置的功能配置也有所不同，需要进行改进[1-2]。因此采用这种中性点经电阻接地的接线方式时，接地变保护装置也需要配置专用的测控一体化的站用变保护装置，除了前面提到的两种保护方式外，还需要使用零序电流保护，其作用在于出现故障时可跳闸保护设备。

2.2 接地变保护整定的改进

这种中性点经电阻接地的接线方式根据电阻值的大小可以分为经小电阻接地和经中电阻接地，而这两种经电阻接地整定的方案也有所区别。

1）经小电阻接地变保护整定。小电阻指的是电阻值在10～20 Ω 之间，这种方式下的零序电流与出线的零序电流在定值和时间两个方面都要吻合。保护跳闸根据接地电阻上有无专用的接地开关分为两种情况。当接地电阻上安装了专用的接地开关时，保护跳闸应该在1～1.5 s 的第一时间跳转到接地电阻开关，并在1.5～1.8 s 的第二时间跳转到接地变自身开关。当接地电阻上可能由于空间、成本等原因而没有安装专用的接地电阻开关时，与前者相反，保护跳闸应该在1 s 的第一时间跳转到接地变自身开关，在1.5 s 的第二时间跳转到主变低压侧的开关，同时还要闭锁分段备自投。

2）经中电阻接地变保护整定。经电阻接地时的电阻值在60～100 Ω 之间为中电阻，其零序电流与经小电阻接地变保护一样，与出线的零序电流在定值和时间两个方面都要吻合。当接地电阻上安装了专用的接地开关时，保护跳闸应该在1～1.5 s 的第一时间跳转到接地电阻开关，并在1.5～1.8 s 的第二时间跳转到接地变开关。当接地电阻上没有安装专用的接地电阻开关时，这时可以有两种方案，并且需要根据现场实际情况进行选择，一种方案是保护跳闸在1 s 的第一时间跳转到接地变自身开关，在1.5 s的第二时间跳转到主变低压侧的开关，同时还要闭锁分段备自投；另一种方案是保护跳闸在1 s 的第一时间跳转到接地变自身开关，在1.5 s 的第二时间跳转到分段开关，在1.9～2.2 s 的第三时间跳转到主变低压侧的开关，同时闭锁分段备自投[3-4]。

3 应用实例

以电厂的NSR-3697 型的接地变保护装置为例，在其设备参数中，“被保护设备”和“定值区号”分别设置为“10 kV 接地变”和“00 区”；母线PT 一次额定值和二次额定值设定为10 kV 和100 V，保护CT一次额定值和二次额定值设定为600 A 和5 A，高压侧零序CT 一次值和二次值设定为0 A 和5 A，低压侧零序CT 一次值和二次值设定为0 A 和5 A。

计算得到接地变电流为40.4 A，所以过流I 段的定值取接地变额定电流的10～14 倍，即404～565.6A，根据经验取值450 A。灵敏度计算得出为1.57 大于1.5，因此过流I 段的取值为450/3.75 A，时间为0.5 s。过流II 段的定值取1.5～2 倍的接地变额定电流，即60.6～80.8 A，取值64 A，灵敏度计算为1.51 大于1.5，因此过流II 段取值为64/0.5 A，时间为1 s。过负荷告警电流设定为接地变额定电流的1.2 倍进行整定，因此整定电流取值为48/0.4 A，时间为5 s[5]。

控制字和软压板的整定上，包含有过流I 段和II 段、过负荷告警功能外，还有控制回路断线、远方控制压板等功能，除此之外的其余功能全部退出[6]。通过以上的整定，接地变保护的范围和动作时间都能够上下进行配合，数值的灵敏度也都满足整定的要求。

4 结语

随着电网电缆线路的应用，线路接地时电容电流不断上升后，提出了采用中性点经电阻接地的接线方式，与常规接地变保护需要设置两段电流保护相比，需要配置额外的两段零序电流保护，当电力系统出现单相接地故障后，产生零序电流时，可以依靠保护跳闸动作来实现将接地设备与系统的断路，保证电力系统运行过程的安全和稳定。同时相应的线路保护、分段保护、电容器保护等保护功能的实现，也都需要像接地变保护一样，额外增加同样的零序电流保护功能。