小電流接地選線裝置誤動作原因分析和相關處理措施

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

 
0引言

35kV電壓等級的光伏電站中性點大都采用非直接接地方式，中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)應配置小電流接地選線裝置實現(xiàn)跳閘切除匯集線單相接地故障，中性點經電阻接地系統(tǒng)應利用零序電流保護實現(xiàn)跳閘切除匯集線單相接地故障。

1事故過程1.1事故現(xiàn)象描述

某35kV電壓等級的光伏電站容量為20MW，通過1回送出線路接至對側變電站，35kV單母線所帶負荷為接地變315開關，SVG 316開關及SVG變壓器，#1集電線311、#2集電線312、#3集電線313開關，中性點經消弧線圈接地，匯集線路采用電纜線路，電纜總長度3km。

某日，后臺監(jiān)控系統(tǒng)報“消弧線圈控制柜報警”、母線電壓A相降低，B相和C相升高，#3集電線313開關和#2集電線312開關跳閘，小電流接地選線裝置顯示被選線路是這兩個匯集線開關。

1.2事故檢查過程

此小電流選線裝置動作條件為：零序電壓達到30V判斷為接地，當線路的零序電流二次值達到20mA就動作跳閘。查看故障錄波圖確認兩條匯集線零序電流達到20mA。

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

通過圖1可看出3條集電線和接地變的零序電流同相位，中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，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

經檢查一次設備正常，此站并未發(fā)現(xiàn)接地故障點，并根據故障錄波圖分析確認兩條集電線路跳閘是小電流選線裝置誤動作。

后經聯(lián)系調度得知：接在同一個變電站的另外一個用戶發(fā)生單相接地后，零序電壓和零序電流滿足動作條件后，導致小電流選線裝置誤動作。

2小電流選線裝置誤動作原因分析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間隔的零序CT。檢查零序CT極性正確，以母線側指向線路側為正方向，零序CT標有“P1”端朝向母線，零序CT標有“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。經過檢查確認此站零序CT極性正確。2.2檢查零序CT安裝位置零序CT位置安裝錯誤將導致發(fā)生接地故障時采集不到零序電流，造成小電流選線裝置不能正確動作。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在零序CT以上時，電纜接地線應穿過零序CT后再接地；電纜接地線與電纜金屬屏蔽層的焊點在零序CT以下時，電纜接地線應直接接地，而不用再穿過零序CT。經過檢查確認此站零序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，經過變比實驗確認變比正確，并且精度和靈敏度都滿足要求。用500V兆歐表測量零序CT對地絕緣電阻正常。2.4總結

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

3整改措施3.1中性點接地方式

3.1.1 中性點經消弧線圈接地方式

此接地方式是在中性點與大地之間安裝一個可調節(jié)的電感線圈，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，電感線圈產生感性電流，補償接地點的容性電流，使故障點殘流變小達到滅弧的目的，但不能限制弧光短路所產生的暫態(tài)過電壓。

由于暫態(tài)過電壓屬于高頻電壓，但電感線圈對高頻電壓相當于開路。暫態(tài)過電壓為額定電壓的3-4倍，容易造成設備絕緣擊穿導致事故范圍擴大。

雖然此接地方式配置了小電流接地選線裝置動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母線側對接地電容電流進行過補償，很難做到準確選線切除故障，裝置會誤動或拒動，單相接地有可能發(fā)展為相間短路，造成設備損壞等嚴重事故。

3.1.2 中性點經小電阻接地方式

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

3.1.3 中性點接地方式的選擇

光伏電站的匯集線路多數采用電纜線路，少數采用電纜線路與架空線路混合，實際應用中電纜頭的故障率較高，需要停電后及時處理。《國家電網十八項重大反事故措施》要求光伏電站匯集系統(tǒng)的單相故障應快速切除，匯集線應采用經電阻接地或消弧線圈接地。通過對中性點兩種接地方式的對比分析，結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，由此認為中性點經小電阻接地更符合此站實際情況，并滿足相關規(guī)范要求。3.2中性點經電阻接地改造方案

3.2.1 單相接地電容電流計算

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。根據電力工程電氣設計手冊中的公式 Ic = 0.1UeL（Ic為單相接地電容電流A，L為電纜總長度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備的電容，所以整個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 接地電阻值計算

接地電阻的選擇除了保證將暫態(tài)過電壓限制在2.5倍相電壓以下，同時還要滿足能向保護裝置提供足夠大的電流。大量已并網電站實踐證明；當 IR = 5Ic 時，保護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 接地變壓器容量計算

考慮變壓器過載能力，根據《電力工程電氣設計手冊》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，應選擇變比為200/5，5P10，5VA的零序CT，此站零序CT滿足要求，無需更換，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裝置。

3.3實際整改結果采購滿足要求的接地變壓器和接地電阻，完成設備安裝和接線后，由供電局整定計算單位下發(fā)零序電流保護定值，經保護傳動試驗正常，檢查設備滿足帶電條件后投入運行。

此后，站外發(fā)生接地故障此站不誤動，站內發(fā)生接地故障依靠保護裝置的零序電流保護可準確迅速切除故障，保證其他設備運行正常。

4結語

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

文章來自電力微機保護網