35kV集电线路单相接地故障扩大至接地变压器保护越级动作的事件分析

35kV集电线路单相接地故障扩大至接地变压器保护越级动作的事件分析

周自更 ,粱介众 ,王宾 ,侯建勋

云南电网有限责任公司昆明供电局  云南昆明  650000

摘要：本文对35kV集电线路单相接地故障扩展到接地变压器保护越级动作的原因进行了分析，说明35kV出线的电缆外部铠装接地出现故障，会对零序保护造成阻动，并提出了调整电缆和零序CT的相对位置的措施，该方法可以有效地解决零序保护的拒动问题，为快速处理35kV零序保护的越级跳闸具有一定的借鉴意义。

关键词：零序电流；接地变压器；单相接地；故障

前言

目前，风电场变电所35kV集电线多采用附加接地变压器（以下简称“接地变”）的接线模式，从而形成一个零序电流通路，在主变低压端35kV母线及其所携带的集电线（以下简称“35kV系统”）发生接地故障时，各零序保护可有选择地动作，使接地失效与接地绝缘，防止电弧再点燃引起的过电压，保障了电力系统的运行。在变电所正常工作的情况下，35kV集中线的接地保护是正常的；35kV集中线保护装置在发生接地故障时，可迅速隔离接地故障，确保设备运行正常。以某风力发电厂35kV集电线路单相接地故障扩展到接地保护越级动作的案例为实例，针对现场的具体情况，提出了相应的处理方法。

1、事件分析

一个35kV集电线路单相接地故障，具体数据见下表1。在表格中，SOE是事件序列记录，它记录了失效的时间和类型。从表1的信息中可以看到，在21:00:10.072时，35kV1零序过流1级保护动作引起了35kV1的接地开关的断开；35kV集电器01线路的过电流I级保护工作，35kV集中电源01线路的断路；35kV集流01线路的断路，使整个变电站的故障全部恢复。

表1 35kV集电线路单相接地故障的后台报文

1.1保护定值的分析

关于这个事件的讨论，在表2中显示了保护的定值。如表2所示，各个零序保护的定值是合理的。

表2 保护定值表

1.2故障报文分析

对此事故的故障信息进行了详细的分析，重点是保护动作的正确性和逻辑关系的正确性，并对其进行了详细的分析，分析结果如下：1）对35kV1号接地变保护装置的报文进行检查，该保护装置的报文如表3所示。

表3 35kV1号接地变保护装置的报文

通过对保护设备的分析，发现35kV1的零序电流比零序过流I级的保护定数值大，零序过流I级保护的动作正常。2)检验35kV集流01线路保护设备的信息，其信息见表4。通过保护设备，发现35kV集流01线路无零序保护动作，35kV集流01线路的故障电流超过了一级保护限值，并能正常工作。

表4 35kV集电01线保护装置的报文

3)故障记录表明，在35kV1接地变压器跳闸之前，三相三相电压为UA=33.9kV,UB=2.8kV,UC=35.2kV,35kV集电器01线路零序电流0.69A；35kV集流01线路跳闸后，母线的电压又回到了原来的位置。4)故障记录表明，35kV集电01线路在跳闸之前，最大电流为30.451A。由此可以看出，35kV集流01线路B相的某个位置出现了单相接地故障，原因是35kV集流01线路环状零序电流互感器（CT）无法对零序电流进行有效探测，致使35kV集流01线路零序过流保护无法正常工作，致使35kV1地变越级跳闸。35kV集电器01线B向C相连续放电，造成C相电缆的绝缘损坏并产生了相间短路。35kV集流01号线路的断路。经现场检验，发现35kV集流01线路的高压电缆B、C相绝缘已被损坏，并与理论分析结果相符合。

1.335kV集电01线环形零序CT的运行情况分析

35kV集电器01线路零序CT是建立在基尔霍夫电流定律（KCL）基础上的，即：假设流入某节点的电流为正值，流出电流为负值，则此节点的电流的代数和等于零。

图1示出了35kV电力系统的接地电流分布。在该图中，点G、H点是电缆两端的外部铠接点，G点和H点以上的部位是电缆两端的外部铠甲，G点和H点以下的部位是大地良导体；Id是零序电流在环状零序CT上的探测；Idp,Idq是指从电缆的外部护套位置到接地失效点流动的电流。从图1可以看出，在D处出现金元素接地故障时，35kV集流01线环状零序CT的零序电流Id=3I0=Idq。而在35kV集流01线路的环状零序CT中，零序CT所探测到的零序电流Id=3I0-Idp=Idq，这个数值比零序电流的实际值要小得多。在这种情况下，零序保护的灵敏度将会大大下降，很可能导致故障。

图1 35kV系统接地电流分布图

图2是一种带金属护套的接地导线的环状零序CT。通过现场检验，发现电缆金属护套接地与环状零序CT在同一水平（参见图2)，从而使得35kV集流01线路环状零序CT探测到的零序电流中含有电缆金属护套接地线的局部电流，并且探测到的零序电流要比35kV1的零序电流低得多，从而出现单相接地故障；35kV集流01线零序保护的阻抗，而零序保护中35kV1的越阶动作，是一种常见的故障。

图2 故障前环形零序CT与电缆金属屏蔽接地线位置图

2、解决方案

调整电缆的金属护套接地线和环零序CT的相对位置：重新制造35kV集流1号电缆，首先将35kV集流1号电缆的接点调整到环零序CT的上面，再将电缆的接地线通过环零序CT进行接地。图3显示了改造后的零序CT和电缆的接地导线的位置，改造完成后，对35kV集电一号线路的零序CT进行了升流实验，证实了零序CT在150/50范围内是正常的，电压特性是正常的。零序保护工作时间的方法是，加入等于故障电流的电流，也就是1.96A的零序电流，对35kV集电器01线路零序CT防护测试的取样值进行了测试。由表5的实测数据可知，35kV集电器01线路零序过流I级保护的工作时间都比35kV1零序过流1级保护工作时间在500毫秒左右，与保护操作逻辑相符。

图3 整改后的环形零序CT与电缆金属屏蔽接地线位置图

表5 35kV集电01线环形零序CT保护试验采样值的测量结果

3、结论

通过对一次在风电场发生的35kV集电线路单相接地故障扩展到接地变保护的越级动作事故的原因进行了分析，得出结论：当环状零序CT将电缆外护套在一起时，零序CT所探测到的零序电流将会大大减少，零序过流保护的敏感性受到很大的影响，并且很可能导致保护拒绝。在野外出现环状零序CT将电缆外壳罩住时，可采用重新制造35kV集流1号电缆端子、调整电缆金属屏蔽接地线和零序CT的相对位置，解决了35kV集流01线零序保护的拒动问题。

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