基于系統(tǒng)合環(huán)引起的零序電流保護誤動事件的分析及防范

趙博識，王迎來

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼北區(qū)中壓供配電系統(tǒng)均采用電纜供電線路，系統(tǒng)對地電容電流較大，在出現(xiàn)接地故障時為了能快速切除線路故障，在10 kV 母線上加裝“Z”型接地變小電阻接地，為10 kV 系統(tǒng)提供中性點接地。當10 kV 電纜出線發(fā)生接地故障時系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序電流，保護裝置動作切除故障線路［1］，其特點是保護靈敏度高。雙回路供電高配在不停電倒負荷時需進行合環(huán)操作，即把系統(tǒng)中的線路、變壓器和斷路器組成一個閉合的網(wǎng)絡(luò)運行。針對兩起合環(huán)時零序電流保護誤動作原因進行查找，分析多并電纜阻抗不平衡對零序電流保護的影響。

1 事件現(xiàn)象

1.1 新燒變保護誤動

馬鋼北區(qū)新燒變電所二級用戶高配燒結(jié)B中控正常運行方式為開環(huán)運行，在燒結(jié)B 中控合環(huán)倒負荷過程中，上級新燒變110 kV 及10 kV 系統(tǒng)依次合環(huán)后，即700 和9506 開關(guān)合閘后，在燒結(jié)B 中控合10 kV 母聯(lián)95506 開關(guān)時，上級新燒變電所燒結(jié)B 中控9533 開關(guān)零序Ⅱ段保護動作跳閘，動作值43 A，0.6 s（整定值35 A，0.6 s）。另一路燒結(jié)B 中控9532開關(guān)零序保護啟動，在9533開關(guān)零序保護動作跳閘后，9532 開關(guān)零序保護啟動返回，新燒變一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 新燒變一次系統(tǒng)圖

1.2 煉鋼變保護誤動

馬鋼北區(qū)煉鋼變電所二級用戶高配3#排澇泵房正常運行方式同為為開環(huán)運行，在3#排澇泵房合環(huán)倒負荷過程中，上級煉鋼變10 kV 系統(tǒng)合環(huán)后，即9256 開關(guān)合閘后，在3#排澇泵房合10 kV 母聯(lián)931106 開關(guān)時，上級煉鋼變電所3#排澇泵房9275開關(guān)零序Ⅱ段保護動作跳閘，出現(xiàn)與新燒變燒結(jié)B中控9532開關(guān)類似跳閘事件，煉鋼變一次系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 煉鋼變一次系統(tǒng)圖

2 事件原因分析

通常情況下，導致開關(guān)零序電流保護動作的原因有：系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障、保護裝置有缺陷導致保護誤動、零序電流互感器接線不規(guī)范或故障、系統(tǒng)有不平衡電流等。下面以燒結(jié)B 中控9533 開關(guān)跳閘為例，針對這幾種原因進行逐一排查。

2.1 檢查電纜的絕緣性能

9533 線路電纜型號為雙并ZR-YJV-10 kV（3×240 mm2），9532線路電纜型號為三并ZR-YJV-10 kV（3×240 mm2）。使用1 萬伏兆歐表遙測電纜的相間及對地絕緣電阻均合格，排除電纜故障可能。

2.2 動作波形檢查

根據(jù)新燒變電所綜自后臺故障錄波分析，各相電壓、相電流波形對稱，幅值無明顯異常，可以驗證無實質(zhì)接地現(xiàn)象發(fā)生。在合環(huán)期間，零序電流始終存在，并且其波形呈工頻正弦波，有效值無變化，故障錄波如圖3 所示。在合環(huán)期間，除9532、9533 保護啟動外，新燒變電所接地變、PT 等保護均未啟動動作，再次驗證無實質(zhì)接地發(fā)生。

圖3 故障錄波

2.3 檢查零序電流互感器

檢查零序電流互感器安裝是否規(guī)范，二次端子有無松動，電纜屏蔽接地安裝是否正確，對零序電流互感器進行伏安特性測試和絕緣電阻檢測，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示均為正常。

2.4 檢查保護定值及裝置的可靠性

核對9532開關(guān)零序電流互感器變比，檢查保護裝置二次電流值均正確。9533 開關(guān)跳閘時動作電流大于保護定值，屬于正常開關(guān)零序保護動作。用繼電保護儀模擬電流通過零序電流互感器校驗動作值和動作時限，均合格。

2.5 零序電流檢測

系統(tǒng)合環(huán)時9533開關(guān)零序保護動作跳閘，說明在系統(tǒng)合環(huán)中零序電流互感器檢測到了零序電流，為驗證其真實性，將9533、9532 開關(guān)零序電流保護解除，系統(tǒng)合環(huán)期間用鉗形電流表測燒結(jié)B 中控多并電纜中每條電纜的不平衡電流，見表1。

表1 檢測零序電流記錄表 單位：A

3 零序保護誤動作原因分析

經(jīng)過上述分析，可以排除系統(tǒng)接地故障、保護裝置問題、零序CT故障等原因引起零序電流保護誤動作。而零序電流保護在運行中可能存在以下問題：當電力系統(tǒng)出現(xiàn)三相電壓不對稱運行時，也會出現(xiàn)零序電流。例如變壓器三相參數(shù)不同引起的不對稱運行，斷路器正常環(huán)并運行情況下，由于斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)的零序環(huán)流［2］，都可能導致零序電流保護啟動并動作。

在合環(huán)運行時，經(jīng)過檢測9533、9532 饋線電纜的每一根均存在零序電流，說明在多并電纜中電流并不平衡，用鉗形電流表測新燒變其它多并電纜中每根電纜的不平衡電流，除極個別大于1 A 外，均在1 A 以下，說明不平衡電流的出現(xiàn)并不多見。正常情況下線路零序電流3I0=Ia+Ib+Ic=0，多并電纜中運行電流的分配與線路阻抗成反比，9532、9533 線路電纜長度為0.8 km，電纜的運行參數(shù)受敷設(shè)環(huán)境、電纜布置排列、接線電阻、周圍回路干擾等因素的影響，導致9532、9533多并電纜各相阻抗不平衡，電流通過多并電纜時出現(xiàn)不對稱運行，從而導致零序電流的產(chǎn)生。

合環(huán)運行時，可等效成9533、9532 共5 條電纜并聯(lián)運行，5 條線路總零序電流為零，其中各條線路各相電流按阻抗反比分配，9533 開關(guān)的零序電流等于連接該開關(guān)柜雙并電纜各相電流之和，即3I0=IL1a+IL2a+IL1b+IL2b+IL1c+IL2c，無論是上述哪一相出現(xiàn)不平衡電流都會使9533 開關(guān)零序電流3I0＞0，9532 出現(xiàn)與其大小相等方向相反的零序電流。而三相不平衡電流與負荷電流或系統(tǒng)環(huán)流成正比關(guān)系，隨著燒結(jié)B 中控新增設(shè)備的投運，負荷增大、電流增加，導致合環(huán)時零序電流放大，大于整定值后跳閘。

在開環(huán)運行時，9533 線路多并電纜每只零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)抵消了各條電纜產(chǎn)生的不平衡電流，零序電流3I0基本為0，這也是正常開環(huán)運行時能夠保證保護可靠不動作的原因。

針對3#排澇合環(huán)時出現(xiàn)的煉鋼變9275 開關(guān)零序電流保護動作跳閘，分析為，其線路電纜型號為ZR-YJV-10 kV（1×400 mm2），檢查發(fā)現(xiàn)該單芯電纜為電纜隧道和直埋敷設(shè)，敷設(shè)路徑環(huán)境復雜，由于電纜敷設(shè)不規(guī)范，互感不一致導致電流分配不均造成合環(huán)時保護動作跳閘。

4 應(yīng)對措施

（1）在燒結(jié)B 中控及3#排澇泵房系統(tǒng)合環(huán)倒負荷時，先退出兩路出線零序電流保護，待解環(huán)后，再重新投入零序電流保護，以防止零序保護誤動作造成房所停電事件。

（2）合環(huán)前，觀察系統(tǒng)電壓，通過調(diào)節(jié)主變壓器有載調(diào)壓分接頭調(diào)整10 kV母線電壓，減少10 kV母線電壓差，減小環(huán)流，避免環(huán)流引起的不平衡電流放大。

（3）對于從保護裝置動作邏輯上優(yōu)化避免出現(xiàn)誤動作，將零序電流保護增加零序電壓閉鎖條件，若零序電壓大于零序電壓門檻值、零序電流大于零序電流門檻值，則允許零序保護動作，否則，閉鎖零序電流保護。在零序保護中加入了零序電壓閉鎖條件，可以防止電纜阻抗不平衡造成無故障線路保護誤動，提高了零序保護的可靠性。

（4）針對單芯電纜要嚴格規(guī)范施工，要采用“品”字形或三相電纜交替敷設(shè)，減少互感不一致出現(xiàn)的電流分配不均勻現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過分析系統(tǒng)合環(huán)時零序電流保護誤動作事件，發(fā)現(xiàn)了多并電纜運行時不平衡電流的問題，并提出了防止合環(huán)時開關(guān)零序電流保護誤動的有效措施，避免類似事件的再次發(fā)生，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。