關(guān)于礦用變電站中接地變保護(hù)配置的研究分析

鄭本濤

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)鑫順煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032699）

引言

目前，智能變電站和常規(guī)變電站內(nèi)的繼電保護(hù)裝置的作用基本一樣，都是給站內(nèi)的進(jìn)、出線、主變、接地變等設(shè)備提供保護(hù)。變電站內(nèi)繼電保護(hù)裝置包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置等設(shè)備，其中保護(hù)裝置為線路、變壓器、電容器、接地變等設(shè)備提供相應(yīng)的保護(hù)。繼電保護(hù)中的整定運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)工程中非常重要的一部分。在電力系統(tǒng)中遇到事故或者出現(xiàn)異常工程的情況下，保護(hù)裝置能夠在最小區(qū)域范圍以及最短響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，將出現(xiàn)故障的設(shè)備自動(dòng)地從整個(gè)系統(tǒng)中切斷，或給值班人員發(fā)出信號(hào)消除異常工況，從而降低設(shè)備損壞的影響，保護(hù)相鄰地區(qū)免受事故的波及和擴(kuò)大。隨著電網(wǎng)電纜線路的應(yīng)用，線路接地時(shí)電容電流不斷上升后，傳統(tǒng)的中性點(diǎn)消弧線圈接地方式已經(jīng)不能解決現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接地保護(hù)的問(wèn)題。因此，有必要對(duì)變電站中接地保護(hù)配置進(jìn)行改進(jìn)，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

1 傳統(tǒng)接地方式存在的問(wèn)題

變電站電力系統(tǒng)通常有3 種接地方式，即不接地方式、經(jīng)消弧線圈接地方式和直接接地方式。當(dāng)系統(tǒng)電壓等于或大于110 kV，在這種情況下發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生的接地電流較大，所以要求接地保護(hù)具有很好的保護(hù)功能。由于直接接地方式具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、響應(yīng)速度快，能快速切除故障的優(yōu)勢(shì)，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，因此系統(tǒng)電壓等于或大于110 kV 時(shí)，通常選擇直接接地方式。當(dāng)系統(tǒng)電壓小于或等于35 kV，發(fā)生單相接地故障，又是故障率最高的一種故障類型時(shí)，由于不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種方式在發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)當(dāng)中線電壓的對(duì)稱性，并且可以在短時(shí)間內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行2 h，因此在這種情況下，一般選用不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種方式，發(fā)生單相接地故障后還能在短時(shí)間內(nèi)安全運(yùn)行，可靠程度較高。此外由于變電站內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的接地電容電流，很大程度上會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，引起間歇性的電弧，從而發(fā)生多點(diǎn)短路這一類的事故，因此，智能變電站內(nèi)的10 kV 和35 kV 兩種電壓系統(tǒng)采用的接地方式常常是消弧線圈接地方式。

隨著電纜線路在電網(wǎng)系統(tǒng)中的不斷應(yīng)用，使得線路接地時(shí)產(chǎn)生的電容電流也不斷上升，傳統(tǒng)的中性點(diǎn)消弧線圈接地方式已經(jīng)不能解決現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接地保護(hù)的問(wèn)題，因此提出了中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，并且得到了一定程度的應(yīng)用。

電力系統(tǒng)在采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式后，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生了故障率較高的單相接地故障時(shí)，能夠很大程度上限制單相接地電流，還能夠?qū)收暇€路進(jìn)行判斷，從而切斷故障設(shè)備的線路，降低其對(duì)電氣設(shè)備造成的損壞。此外中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式還能夠在一定程度上降低電氣設(shè)備的耐壓水平，避免了復(fù)雜電網(wǎng)中采用消弧線圈接地方式帶來(lái)的管理和運(yùn)行上的麻煩，節(jié)省了投資，降低了成本。

2 接地變保護(hù)配置和整定的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 接地變保護(hù)配置的改進(jìn)

常規(guī)接地變保護(hù)通常需要設(shè)置兩段電流保護(hù)，而經(jīng)電阻接地方式在此基礎(chǔ)上還需配置額外的兩段零序電流保護(hù)。其中I 段和II 段的電流定值分別為接地變額定電流的10～14 倍和1.5～2 倍，并且I 段電流對(duì)接地變高壓側(cè)靈敏，II 段則相反，對(duì)接地變低壓側(cè)靈敏，時(shí)間分別取20～50 mm 和1～1.3 s。同時(shí)II 段電流的定值在數(shù)值和時(shí)間上，還必須要和出線零序電流定值的1/3 相配合。

不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種方式的接地變保護(hù)裝置通常配置的是站用變保護(hù)裝置并形成了測(cè)控一體化，特殊情況下也會(huì)直接采用線路保護(hù)裝置，并且在保護(hù)功能上，都會(huì)采用兩段式過(guò)流保護(hù)和過(guò)負(fù)荷告警功能兩種方式進(jìn)行保護(hù)。目前變電站中采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的還不太多，但是這種接地方式下的接地變保護(hù)裝置的功能配置也有所不同，需要進(jìn)行改進(jìn)[1-2]。因此采用這種中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的接線方式時(shí)，接地變保護(hù)裝置也需要配置專用的測(cè)控一體化的站用變保護(hù)裝置，除了前面提到的兩種保護(hù)方式外，還需要使用零序電流保護(hù)，其作用在于出現(xiàn)故障時(shí)可跳閘保護(hù)設(shè)備。

2.2 接地變保護(hù)整定的改進(jìn)

這種中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的接線方式根據(jù)電阻值的大小可以分為經(jīng)小電阻接地和經(jīng)中電阻接地，而這兩種經(jīng)電阻接地整定的方案也有所區(qū)別。

1）經(jīng)小電阻接地變保護(hù)整定。小電阻指的是電阻值在10～20 Ω 之間，這種方式下的零序電流與出線的零序電流在定值和時(shí)間兩個(gè)方面都要吻合。保護(hù)跳閘根據(jù)接地電阻上有無(wú)專用的接地開(kāi)關(guān)分為兩種情況。當(dāng)接地電阻上安裝了專用的接地開(kāi)關(guān)時(shí)，保護(hù)跳閘應(yīng)該在1～1.5 s 的第一時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地電阻開(kāi)關(guān)，并在1.5～1.8 s 的第二時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地變自身開(kāi)關(guān)。當(dāng)接地電阻上可能由于空間、成本等原因而沒(méi)有安裝專用的接地電阻開(kāi)關(guān)時(shí)，與前者相反，保護(hù)跳閘應(yīng)該在1 s 的第一時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地變自身開(kāi)關(guān)，在1.5 s 的第二時(shí)間跳轉(zhuǎn)到主變低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)還要閉鎖分段備自投。

2）經(jīng)中電阻接地變保護(hù)整定。經(jīng)電阻接地時(shí)的電阻值在60～100 Ω 之間為中電阻，其零序電流與經(jīng)小電阻接地變保護(hù)一樣，與出線的零序電流在定值和時(shí)間兩個(gè)方面都要吻合。當(dāng)接地電阻上安裝了專用的接地開(kāi)關(guān)時(shí)，保護(hù)跳閘應(yīng)該在1～1.5 s 的第一時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地電阻開(kāi)關(guān)，并在1.5～1.8 s 的第二時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地變開(kāi)關(guān)。當(dāng)接地電阻上沒(méi)有安裝專用的接地電阻開(kāi)關(guān)時(shí)，這時(shí)可以有兩種方案，并且需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，一種方案是保護(hù)跳閘在1 s 的第一時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地變自身開(kāi)關(guān)，在1.5 s的第二時(shí)間跳轉(zhuǎn)到主變低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)還要閉鎖分段備自投；另一種方案是保護(hù)跳閘在1 s 的第一時(shí)間跳轉(zhuǎn)到接地變自身開(kāi)關(guān)，在1.5 s 的第二時(shí)間跳轉(zhuǎn)到分段開(kāi)關(guān)，在1.9～2.2 s 的第三時(shí)間跳轉(zhuǎn)到主變低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)閉鎖分段備自投[3-4]。

3 應(yīng)用實(shí)例

以電廠的NSR-3697 型的接地變保護(hù)裝置為例，在其設(shè)備參數(shù)中，“被保護(hù)設(shè)備”和“定值區(qū)號(hào)”分別設(shè)置為“10 kV 接地變”和“00 區(qū)”；母線PT 一次額定值和二次額定值設(shè)定為10 kV 和100 V，保護(hù)CT一次額定值和二次額定值設(shè)定為600 A 和5 A，高壓側(cè)零序CT 一次值和二次值設(shè)定為0 A 和5 A，低壓側(cè)零序CT 一次值和二次值設(shè)定為0 A 和5 A。

計(jì)算得到接地變電流為40.4 A，所以過(guò)流I 段的定值取接地變額定電流的10～14 倍，即404～565.6A，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值450 A。靈敏度計(jì)算得出為1.57 大于1.5，因此過(guò)流I 段的取值為450/3.75 A，時(shí)間為0.5 s。過(guò)流II 段的定值取1.5～2 倍的接地變額定電流，即60.6～80.8 A，取值64 A，靈敏度計(jì)算為1.51 大于1.5，因此過(guò)流II 段取值為64/0.5 A，時(shí)間為1 s。過(guò)負(fù)荷告警電流設(shè)定為接地變額定電流的1.2 倍進(jìn)行整定，因此整定電流取值為48/0.4 A，時(shí)間為5 s[5]。

控制字和軟壓板的整定上，包含有過(guò)流I 段和II 段、過(guò)負(fù)荷告警功能外，還有控制回路斷線、遠(yuǎn)方控制壓板等功能，除此之外的其余功能全部退出[6]。通過(guò)以上的整定，接地變保護(hù)的范圍和動(dòng)作時(shí)間都能夠上下進(jìn)行配合，數(shù)值的靈敏度也都滿足整定的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)電纜線路的應(yīng)用，線路接地時(shí)電容電流不斷上升后，提出了采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的接線方式，與常規(guī)接地變保護(hù)需要設(shè)置兩段電流保護(hù)相比，需要配置額外的兩段零序電流保護(hù)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障后，產(chǎn)生零序電流時(shí)，可以依靠保護(hù)跳閘動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)將接地設(shè)備與系統(tǒng)的斷路，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的安全和穩(wěn)定。同時(shí)相應(yīng)的線路保護(hù)、分段保護(hù)、電容器保護(hù)等保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，也都需要像接地變保護(hù)一樣，額外增加同樣的零序電流保護(hù)功能。