10kV线路接地零序保护不动作原因分析

随着电力负荷的不断增长, 城市电网的建设要不断扩大电网规模, 架空线路及电缆总长度不断增加, 导致10 kV系统的输电线路对地电容电流不断增加, 系统越来越复杂。以惠州电网中110 kV沙田站为例, 在不影响线路运行的情况下, 用详细的综合的排除法, 分析了10 kV线路接地零序保护不动作现象的原因。

1 事件概况

在2012年的7月24日, 由于受到台风暴雨的影响, 供电所巡线工作人员发现正在运行的沙田站10kV田头线F10、花塘线F6在不同时段分别发生了树木直接折压在10 kV输电导线上的故障, 田头线F10、花塘线F6在带电运行状态, 均为单相接地, 树枝及线路未发现放电痕迹, 保护均未跳闸的异常现象。

基本情况:沙田站10 kV系统中性点采用了小电阻经曲折接地变中性点接地, 其阻值为16Ω, F6挂在I母, F10上挂在II母, 折枝压在导线上的位置与变电站出线柜相隔约为2公里。

2 对10 kV线路接地零序保护不动作的原因分析

根据零序保护动作的条件, 当线路发生接地时, 可能造成10 kV馈线保护装置零序保护没有动作的原因如下。

2.1 保护装置整定或其二次回路故障

(1) 馈线保护装置零序保护回路接线错误。

(2) 馈线保护装置故障、定值整定错误、压板投退错误。

2.2 零序电流值达不到i0>I0zd, t>T0整定的动作条件, 即i0

根据10 kV线路零序保护动作的充分必要条件 (i0>I0zd, t>T0) , 由于树枝长期压在线路上, 接地时间t远远大于整定值T 0 (T=0.8 m) , t满足>T0的条件;而I0=U0/Z0≈U/Z0, U为系统电压, 基本不变, 影响I0的就基本只有线路接地的综合零序阻抗Z0了, 而Z0由接地变中性点电阻Z0r+线路阻抗Z0l+线路接地过渡阻抗 (包括地网阻抗) Z0j, 即Z0=Z0r+Z0l+Z0j>Z0zd

针对以上原因, 继保专业人员对站内各站相关设备进行检查、试验。

(1) 继保人员分别对F10与F6保护二次回路及站内故障录波、10 kV母线接地信号继电器进行检查, 结果如下。

(1) F10与F6零序保护回路接线与设计图纸一致, 采用三相叠加后串进保护零序回路, 回路正确。 (2) 现场核对装置定值与调度下发的定值完全一致, 保护定值整定正确, 软硬压板检查后与运行要求一致, 压板投退正确。 (3) 为验证保护装置零序保护动作正确性, 在线路带负荷运行状态下, 向调度申请临时退出两条线路保护装置跳闸压板进行试验。在征得同意后, 检查保护采样电流正确, 退出跳闸压板, 短接一相CT二次电流回路, 使保护装置能够采集到零序电流, 且该零序电流刚好达到零序保护II、III段动作值, 保护装置的报文显示零序II、III段动作, 发跳闸命令, 零序保护动作行为正确。 (4) 对站内后台接地信号进行检查, 发现当天无接地告警信号, 于是对10 kV母线绝缘检查继电器信号进行试验, 继电器在加入模拟接地时的零序电压3U0达到整定值20 V时动作, 并发出母线接地信号到监控后台。10 kV母线绝缘检查继电器监测功能正常。

继保人员的上述检查可以排除由于保护装置整定或其二次回路故障等引起保护不动作行为, 也排除了由保护定值执行错误, 压板投退错误导致的保护不动作原因。

(2) 对于零序电流值达不到i0>I0dz, t>T0整定的动作条件, 即Z0=Z0r+Z0l+Z0j>Z0zd的可能情况, 继保专业人员到沙田站内以及线路接地故障的地点进行调查。检查情况如下。

检查沙田站故障录波器时, 发现F12在8月16日曾经发生零序Ⅱ段动作, 而F12和F10挂在同一段母线上, 共用一台接地变, 该F12线路零序保护能够动作跳闸, 与此同时, 接地变有相应的启动报告, 故障录波器也录到有零序电流的录波文件, 说明接地变保护正常, 接地变及接地电阻Zr正常。排除由于接地变或接地电阻Z0r损坏导致不能形成零序回路, 产生零序电流的原因, 同时线路无断线现象, Z0L也在正常的阻抗值范围内。

由此判断, 导致F10和F6树木碰线保护不动原因, 就剩下线路经高阻接地这一个原因, 为了确定这一原因, 我们做了进一步检查。

(1) 查看站内故障录波器7月24日的故障录波记录, 未发现有接地变的零序电流及10kVPT的3U0接地告警电压启动的故障录波记录, 即为产生足够大的零序电压3U0。 (2) 查看#1、2接地变的保护装置动作报文, 也未发现#1、2接地变保护有动作及启动报告, 接地变作为线路零序保护的后备保护, 当变电站10 kV线路发生接地故障时, 如果线路保护拒动, 接地变保护会动作跳闸。检查#1、2接地变保护也没有动作报告, 说明当时F10和F6树木碰线时, 接地变保护也没有检查到足够大的零序电流, 未达到零序保护动作值。 (3) 故障位置检查, 调度继保分部人员与沙田站供电所人员一起到当时树木碰线的位置进行检查, 发现当时压线的树木是桉树, 而且桉树压线的位置附近没有发现与沙田变电站直接相连的地网接线, 仅仅是通过土壤来形成回路。这样线路故障点经过树木电阻、树木至变电站地网间的电阻才能达到变电站地网, 这两个电阻形成了故障的过渡电阻Z0j, 检查同时发现, 树枝触电部位并无烧焦、烧伤的放电痕迹。

在我局的10 kV小电阻接地系统中, 零序接地的电流定值按照一次值40A来整定, 所允许的过渡电阻最大为:过渡电阻Z0j= (3U相/I03-接地变中性点电阻×3) /3= (3Ω6.35 kV/40A-16Ω3) /3=143Ω。当故障点树木电阻加上树木至变电站地网间的电阻值大于143Ω时, 流过故障馈线的零序电流就会小于40A, 达不到线路零序保护动作值, 故线路零序保护不会动作, 很显然当时的接地过渡电阻大于所允许的阻抗值。

3 结论

根据以上调查情况分析, 该两线路接地保护没有跳闸的原因是:故障属于高阻接地, 线路通过树枝接地时, 由于树木本身电阻以及树木与变电站接地网间的电阻影响, 使得零序电流较小, 系统压降很小, 未达到线路、接地变零序保护动作定值。对其保护装置及其回路而言, 保护行为正确, 未发生保护拒动现象。

摘要：随着我国电网的快速发展, 在目前的广东城市配电网中主要是以电缆和架空线同时存在的混合型网络的10 kV电网。接地故障主要存在于中性点接地的电网中, 本文以某变电站10 kV小电阻接地系统为背景, 针对出现的10 kV小电阻接地系统中, 10 kV线路接地零序保护不动作的现象进行分析

关键词：10kV线路,接地,零序保护不动作,分析

参考文献

[1] 潘艳, 李晓明, 袁勇, 等, 10kV小电阻接地系统接地变压器零序保护误动机理研究[J];继电器;2003 (1) .

[2] 赵德宁, 曲毅.基于自动开关的小电阻接地系统架空10kV配电线路故障处理方案[J].广东输电与变电技术, 2009 (6) .