配电自动化成套设备零序电压偏高原因分析

2021-09-02赵勇帅王洪林李维

云南电力技术 2021年4期

赵勇帅，王洪林，李维

（云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）

0 前言

为提高云南电网网架及装备水平，提升供电可靠性和客服服务水平，2020年以来云南电网各供电单位大力建设配电自动化，由于安装、调试、验收人员工作的疏忽和技术技能水平不高，对配网自动化设备可靠接地重要性认识不足，导致设备投运后因设备接地不可靠或设备未接地导致零序电压过高，影响配电自动化的正常运行。

查阅相关文献资料，对配电自动化接地故障主要是侧重于线路接地故障后配电自动化对故障的识别和隔离，文献[1]针对配网故障定位系统常见问题提出解决措施；文献[2]分析了10 kV开关柜断路器重合闸与保护定值配合问题；文献[3]利用配电自动化主站信息综合判断小电流接地故障；文献[4]介绍了配电自动化单相接地故障定位判断的原理；文献[5]研究了配电自动化的馈线接地保护；文献[6]采用贝叶斯算法，建立配网防灾减灾资源优化调配模型；文献[7]建立了面向工程实际的配电网规划综合评价指标体系；文献[8]介绍了配电自动化故障处理仿真及培训系统关键技术；文献[9]研究了适用于分布式故障定位的小电流接地故障暂态等值电路的故障算法，提高了小电流接地故障暂态定位技术的适用性；文献[10]探讨了继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理技术；文献[11]分析了馈线自动化技术方案及原理，提出了缩短故障区域停电时间的改进措施。

对于配电自动化设备保护性接地的分析和研究目前还是空白，本文结合工程实际，分析配电自动化设备可靠接地的重要性，用于指导配电自动化安装、验收和故障查找。

1 配电自动化成套设备

配电自动化成套设备如图1所示，由以下设备组成：共箱式智能断路器1台，内置相电流互感器3支、零序电流互感器1支；三相五柱式电压互感器1台，安装在电源侧，采集Uab、Ucb、零序电压；单相电压互感器1台，安装在负荷侧，采集Uab；配电自动化终端FTU 1台，内置安防模块；三相一体式隔离开关1或2台，只有1台时安装在电源侧；跌落式避雷器6支，额定电压17 kV，安装在隔离开关内侧；带航空插头电缆附件1套，3芯航空插头及长度至少8米的电源电缆1组；5芯航空插头及长度至少8米的电源电缆1组；6、10、26芯航空插头及长度至少8米的电缆1组。

2 成套设备接地

成套开关（单隔刀时）接地点总共12处，汇总连接于接地引下线接地，包括：隔离开关本体1组，6支避雷器各1组，三相五柱式电压互感器N端1组，三相五柱式电压互感器本体及二次1组，单相电压互感器本体及二次1组，断路器外壳1组、FTU外壳1组，接地线的线径不小于25mm2。电压互感器接线原理如图2所示。

图2 电压互感器接线图

3 配电自动化开关投入原则

云南电网配电自动化建设以“主干投逻辑、分支投保护、联络开关宜退出”为主要原则，如图3所示。

图3 配电自动化开关投入原则

主干投逻辑是指主干线上采用“电压-时间型”馈线自动化，通过开关“失压分闸、得电延时合闸”的工作特性配合变电站出线开关CB二次合闸来实现，一次重合闸隔离故障区段，二次重合闸恢复非故障段供电。分支投保护是指安装在分支线首端的自动化开关投入过流Ⅰ段保护与CB过流Ⅰ段保护形成级差配合，实现分支故障的定位隔离。联络开关宜退出是指退出联络自动化开关自动转供电功能即退出“单侧失压延时合闸功能”，但转供电可通过远方遥控方式进行。

4 零序电压偏高分析

4.1 故障表象

云南电网某供电局在675回10 kV配电线路上安装了1824套柱上智能断路器，运行过程中出现109套柱上智能断路器零序电压偏高问题，现场检查发现大连北方和大连一互三相五柱式电压互感器一次侧N端接地良好，终端FTU上采集到的零序电压二次值分别为23.9 V和19.7 V。由于主干线上安装的电压时间型智能断路器投入了合到零压（零序电压定值20V/0.1s）分闸并闭锁合闸功能，该功能在X时限（7s）得电合闸后，在Y时限（5s）内检测到零序电压并超过整定值时，执行合到零压分闸并闭锁合闸功能。在系统无接地故障情况下，10 kV线路停电后合闸送电时，由于零序电压偏高超过整定值而发生闭锁断路器合闸，导致线路无法正常送电。

4.2 原因分析

收集4个安装点位FTU采集到零序电压进行谐波含量分析，4个点位零序电压波形中3次谐波含量均偏大，谐波值如表1所示。

表1 零序电压的基波和3次谐波值

以上4个点位零序电压偏高是由于零序电压波形中含有大量的3次谐波，初步判断零序电压3次谐波含量偏大原因是由于三相五柱式互感器二次平衡绕组开路，失去了对铁芯中的原三次谐波磁通的去磁作用，导致三次谐波经过一次零序电压绕组ON。

导致芒信变电站10 kV系统3U0偏高的原因是由于零序电压中含有大量的3次谐波以及零序电压基波值较大共同作用造成的。零序电压基波值大是由于成套设备接地网的接地电阻大造成的，规程要求成套设备接地电阻＜4欧姆。现场测量了3个成套设备安装点位的接地网电阻，如表2所示。

从表2可以看出，零序电压偏高是由于成套设备接地电阻不合格造成的，因此测量和改善成套设备的接地电阻，有利于降低零序电压。

4.3 试验及现场验证

仿真试验室里将10 kV线路上接入了1只大连北方三相五柱式电压互感器实际挂网运行，模拟了二次平衡绕组开路和闭合两种工况，并通过FTU采集零序电压和录波，同时利用万用表测量平衡绕组两端的电压。

工况1：二次平衡绕组开路时。

工况2：二次平衡绕组正常时。

平衡绕组开路时，FTU采集到的零序电压偏大且3次谐波含量较大；平衡绕组闭合时，FTU采集到的零序电压很小，几乎为零。

对10 kV岔河线主干线10号杆、宏伟支线4号杆及10 kV岔河线芒弄新寨支线1号杆3台柱上智能断路器的配套的三相五柱式电压互感器和35 kV忙信变10 kV母线三相五柱式电压互感器进行停电检查。现场检查发现4个点位的三相五柱式电压互感器平衡绕组保险均已损坏，平衡绕组处于开路状态。现场更换保险使平衡绕组处于闭合状态时，送电后4个点位的零序电压恢复正常。

大连一互三相五柱式电压互感器一次侧N端需接地，在安装过程中，由于施工安装不规范，没有按照要求将零序电压绕组ON尾端N接地，此时三相五柱式电压互感器中性点与地之间的电阻增大时，中性点O对地出现一个悬浮电压，导致其零序电压偏高。