小電流接地選線裝置誤動(dòng)作原因分析和相關(guān)處理措施

摘要：本文分析了一起小電流接地選線裝置誤動(dòng)作事故，通過(guò)檢查分析確定事故原因在于此選線裝置動(dòng)作時(shí)不具備方向判別功能，只選擇5次諧波零序電流最大的。通過(guò)技術(shù)改造為中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，利用保護(hù)裝置的零序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)單相接地跳閘功能，以避免此類問(wèn)題的再次發(fā)生。

 
0引言

35kV電壓等級(jí)的光伏電站中性點(diǎn)大都采用非直接接地方式，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)應(yīng)配置小電流接地選線裝置實(shí)現(xiàn)跳閘切除匯集線單相接地故障，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)應(yīng)利用零序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)跳閘切除匯集線單相接地故障。

1事故過(guò)程1.1事故現(xiàn)象描述

某35kV電壓等級(jí)的光伏電站容量為20MW，通過(guò)1回送出線路接至對(duì)側(cè)變電站，35kV單母線所帶負(fù)荷為接地變315開(kāi)關(guān)，SVG 316開(kāi)關(guān)及SVG變壓器，#1集電線311、#2集電線312、#3集電線313開(kāi)關(guān)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，匯集線路采用電纜線路，電纜總長(zhǎng)度3km。

某日，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“消弧線圈控制柜報(bào)警”、母線電壓A相降低，B相和C相升高，#3集電線313開(kāi)關(guān)和#2集電線312開(kāi)關(guān)跳閘，小電流接地選線裝置顯示被選線路是這兩個(gè)匯集線開(kāi)關(guān)。

1.2事故檢查過(guò)程

此小電流選線裝置動(dòng)作條件為：零序電壓達(dá)到30V判斷為接地，當(dāng)線路的零序電流二次值達(dá)到20mA就動(dòng)作跳閘。查看故障錄波圖確認(rèn)兩條匯集線零序電流達(dá)到20mA。

組織人員測(cè)量匯集線電纜及所帶箱變、箱變電纜絕緣正常、交流耐壓試驗(yàn)正常，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)接地故障點(diǎn)。

通過(guò)圖1可看出3條集電線和接地變的零序電流同相位，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的5次諧波電流值等于系統(tǒng)非故障線路5次諧波電流值的總和，故障線路零序電流方向與非故障線路零序電流方向相反，其方向由線路指向母線。

圖1 零序電流故障錄波圖

經(jīng)檢查一次設(shè)備正常，此站并未發(fā)現(xiàn)接地故障點(diǎn)，并根據(jù)故障錄波圖分析確認(rèn)兩條集電線路跳閘是小電流選線裝置誤動(dòng)作。

后經(jīng)聯(lián)系調(diào)度得知：接在同一個(gè)變電站的另外一個(gè)用戶發(fā)生單相接地后，零序電壓和零序電流滿足動(dòng)作條件后，導(dǎo)致小電流選線裝置誤動(dòng)作。

2小電流選線裝置誤動(dòng)作原因分析2.1檢查零序CT極性小電流選線裝置的零序電流取自每個(gè)間隔的零序CT。檢查零序CT極性正確，以母線側(cè)指向線路側(cè)為正方向，零序CT標(biāo)有“P1”端朝向母線，零序CT標(biāo)有“P2”端朝向線路；二次端子的極性滿足選線裝置接線要求，L接S1，N接S2。為了防止電磁干擾造成的采樣誤差，二次電纜都采用屏蔽電纜，并且屏蔽層兩端接地。經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)此站零序CT極性正確。2.2檢查零序CT安裝位置零序CT位置安裝錯(cuò)誤將導(dǎo)致發(fā)生接地故障時(shí)采集不到零序電流，造成小電流選線裝置不能正確動(dòng)作。零序CT正確安裝位置是：電纜接地線與電纜金屬屏蔽層的焊點(diǎn)在零序CT以上時(shí)，電纜接地線應(yīng)穿過(guò)零序CT后再接地；電纜接地線與電纜金屬屏蔽層的焊點(diǎn)在零序CT以下時(shí)，電纜接地線應(yīng)直接接地，而不用再穿過(guò)零序CT。經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)此站零序CT安裝位置符合規(guī)定要求。2.3檢查零序CT的變比及絕緣此站零序CT變比為200/5，經(jīng)過(guò)變比實(shí)驗(yàn)確認(rèn)變比正確，并且精度和靈敏度都滿足要求。用500V兆歐表測(cè)量零序CT對(duì)地絕緣電阻正常。2.4總結(jié)

通過(guò)分析，認(rèn)為導(dǎo)致這起小電流接地選線裝置誤動(dòng)作的原因：此選線裝置不具備方向選擇性，同時(shí)聯(lián)系廠家技術(shù)研發(fā)人員得到同樣答復(fù)，此裝置只要滿足零序電壓和零序電流動(dòng)作條件后就發(fā)跳閘指令，存在站外發(fā)生單相接地故障導(dǎo)致此站小電流接地選線裝置誤動(dòng)作的安全隱患。

3整改措施3.1中性點(diǎn)接地方式

3.1.1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

此接地方式是在中性點(diǎn)與大地之間安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)的電感線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，電感線圈產(chǎn)生感性電流，補(bǔ)償接地點(diǎn)的容性電流，使故障點(diǎn)殘流變小達(dá)到滅弧的目的，但不能限制弧光短路所產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓。

由于暫態(tài)過(guò)電壓屬于高頻電壓，但電感線圈對(duì)高頻電壓相當(dāng)于開(kāi)路。暫態(tài)過(guò)電壓為額定電壓的3-4倍，容易造成設(shè)備絕緣擊穿導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。

雖然此接地方式配置了小電流接地選線裝置動(dòng)作跳閘用于切除匯集線單相接地故障，但由于消弧線圈只能在35kV母線側(cè)對(duì)接地電容電流進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償，很難做到準(zhǔn)確選線切除故障，裝置會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)，單相接地有可能發(fā)展為相間短路，造成設(shè)備損壞等嚴(yán)重事故。

3.1.2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

此接地方式是在中性點(diǎn)與大地之間安裝一個(gè)電阻，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，能限制過(guò)電壓并能快速準(zhǔn)確區(qū)分故障相電流和非故障相電流，利用保護(hù)裝置的零序電流保護(hù)將故障點(diǎn)與系統(tǒng)隔離，將故障點(diǎn)控制在最小范圍。

3.1.3 中性點(diǎn)接地方式的選擇

光伏電站的匯集線路多數(shù)采用電纜線路，少數(shù)采用電纜線路與架空線路混合，實(shí)際應(yīng)用中電纜頭的故障率較高，需要停電后及時(shí)處理?！秶?guó)家電網(wǎng)十八項(xiàng)重大反事故措施》要求光伏電站匯集系統(tǒng)的單相故障應(yīng)快速切除，匯集線應(yīng)采用經(jīng)電阻接地或消弧線圈接地。通過(guò)對(duì)中性點(diǎn)兩種接地方式的對(duì)比分析，結(jié)合此站匯集線路形式及小電流選線裝置不具備方向選擇性，由此認(rèn)為中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地更符合此站實(shí)際情況，并滿足相關(guān)規(guī)范要求。3.2中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地改造方案

3.2.1 單相接地電容電流計(jì)算

此光伏電站的接地電容電流主要由匯集線路的所有電纜線路提供。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)中的公式 Ic = 0.1UeL（Ic為單相接地電容電流A，L為電纜總長(zhǎng)度km，Ue為系統(tǒng)額定線電壓kV）可得電纜單相接地電容電流。

整個(gè)系統(tǒng)的電容電流除了電纜線路外，還包括變壓器及配電設(shè)備的電容，所以整個(gè)電站的總電容電流為Ic再乘以1.3，即總電容電流為 0.1×35×3×1.3=13.65A。

3.2.2 接地電阻值計(jì)算

接地電阻的選擇除了保證將暫態(tài)過(guò)電壓限制在2.5倍相電壓以下，同時(shí)還要滿足能向保護(hù)裝置提供足夠大的電流。大量已并網(wǎng)電站實(shí)踐證明；當(dāng) IR = 5Ic 時(shí)，保護(hù)裝置的靈敏性能滿足系統(tǒng)發(fā)生接地故障的要求。IR 取短時(shí)允許通流100A。

光伏電站接地電阻為:

R = U/IR = 20208/100 = 202Ω

式中，R為接地電阻值Ω，U為系統(tǒng)相電壓V。

3.2.3 接地變壓器容量計(jì)算

考慮變壓器過(guò)載能力，根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的公式：Se =1.732×Ue×IR/3×10.5 = 200 kVA，此站現(xiàn)有接地變壓器容量為100 kVA，需要更換成容量為200 kVA的接地變壓器。按照零序CT選擇選擇，應(yīng)選擇變比為200/5，5P10，5VA的零序CT，此站零序CT滿足要求，無(wú)需更換，只需要將零序CT二次接線由小電流接地選線裝置改接至本間隔的保護(hù)裝置。

3.3實(shí)際整改結(jié)果采購(gòu)滿足要求的接地變壓器和接地電阻，完成設(shè)備安裝和接線后，由供電局整定計(jì)算單位下發(fā)零序電流保護(hù)定值，經(jīng)保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)正常，檢查設(shè)備滿足帶電條件后投入運(yùn)行。

此后，站外發(fā)生接地故障此站不誤動(dòng)，站內(nèi)發(fā)生接地故障依靠保護(hù)裝置的零序電流保護(hù)可準(zhǔn)確迅速切除故障，保證其他設(shè)備運(yùn)行正常。

4結(jié)語(yǔ)

隨著光伏電站電纜線路的逐漸增多，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)地電容電流也在增加，選擇合適的中性點(diǎn)接地方式應(yīng)綜合結(jié)合考慮匯集線路形式、選線裝置及保護(hù)裝置實(shí)際運(yùn)行情況。合理的中性點(diǎn)接地方式能有效提高光伏電站安全運(yùn)行水平，當(dāng)匯集線路發(fā)生單相接地故障后能有效縮小故障范圍。

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