10kV小电流接地系统零序过流保护的可靠性分析

10kV小电流接地系统零序过流保护的可靠性分析冯乐;李专成【摘要】从继电保护装置和电力电缆的选型、施工接线等方面入手，分析了小电流接地系统中零序过流保护可靠动作的必要因素.【期刊名称】《氯碱工业》【年(卷)，期】2016(052)008【总页数】4页(P7-9,42)【关键词】整流;小电流接地;单相接地;零序;过流;电力电缆【作者】冯乐;李专成【作者单位】陕西北元化工集团有限公司，陕西榆林719319;陕西北元化工集团有限公司，陕西榆林719319【正文语种】中文【中图分类】TM46目前，我国10kV配电网中性点多采用小电流接地方式。由于这种小电流接地系统中电力、电缆发生单相接地的故障率较高，一般通过在保护配置中增设零序过流保护的方式来查找并拆除故障。而在10kV配电网运行过程中，当电力电缆发生单相接地故障后，虽然保护配置增设了零序过流保护，但经常由于零序过流保护不能快速可靠动作拆除故障而导致系统发生相间短路，或者保护越级跳闸，导致事故扩大。因此，防止10kV小电流接地系统发生单相接地故障后事故扩大的关键是，零序过流保护能否快速可靠动作。10kV小电流接地系统零序过流保护的作用10kV配电网中性点多采用小电流接地方式，主要有中性点谐振（经消弧线圈）接地方式、中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式，目前，仍以中性点不接地方式为主。在这种系统中，虽然供电可靠性高，但是在小电流接地系统中发生单相接地的故障率也较高，当系统发生单相接地故障后，三相线电压仍保持对称关系，不影响对负荷的连续供电，规程规定仍可连续运行1~2h，但此时非故障相对地电压会升高至原电压的倍，对电网的绝缘形成威胁，很容易在电网薄弱的地点诱发另—点接地，进而形成相间短路，导致故障扩大。为了查找故障点，及时排除故障，避免以上事故的扩大，陕西北元化工集团有限公司（以下简称“北元化工”）一般在10kV小电流接地系统中增设零序过流保护，在发生单相接地故障后，通过检测零序电流进行接地选线的判断，及时可靠地排除故障。10kV小电流接地系统零序过流保护工作原理零序过流保护的基本原理基于基尔霍夫电流定律，即流入电路中的任一节点复电路代数和为零的中性点不接地配电网正常运行时，三相分别流过很小的电容电流，三相对地电容相当于一对称星型负荷（此负荷的中性点就是大地）。由于电源和负载都是对称的，各相电流的矢量和等于零，因此此时电网无零序电流。零序电流互感器二次绕组无电流信号输出，继电保护装置检测不到零序电流，保护装置不动作。当中性点不接电电网发生单相金属性接地故障时，接地相对地电容电流为零，其他两相的电容电流则经大地、故障点、故障线路和电源构成闭合回路，由于各线路三相电容电流之和不为零，电网中将出现零序电流，故障电流使零序CT的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器二次绕组有电流信号输出，继电保护装置检测到零序电流达到跳闸值时，保护出口动作断路器跳闸，将故障线路从配电网中切除，达到保护配电网正常工作的目的。2.1继电保护装置零序过流保护定值的准确计算2.1.1零序过流保护定值计算不合理风险分析零序电流整值是继电保护装置零序过流保护动作的判断依据，当10kV小电流接地系统发生单相金属接地时，如果零序电流整定值过大，继电保护装置检测到零序电流低于整定值，保护不动作，将会造成保护越级跳闸及事故扩大；当10kV小电流接地系统发生单相非金属性接地时，在配置有小电流选线和消弧装置的配电网中，消弧装置动作可以消除间歇性接地故障，使非金属性接地线路恢复正常。如果零序电流整定值过小，在此情况下，继电保护装置便检测到零序电流高于整定值，保护动作使线路跳闸，导致设备失电，反而使系统稳定性降低。2.1.2零序电流整定值的计算方法当发生单相接地时，10kV小电流接地系统中的单相接地电容电流由电力线路和电力设备两部分的电容电流组成，电力设备的电容电流比电力线路的电容电流要小得多，故通常只计算电缆和架空线路的电容电流。10kV小电流接地系统单相接地电容电流计算公式如下。（1）对于架空线路。无架空地线的线路：IdC0（无架空）=2.7ULx10-3=27Lx10-3（A）。其中：U为线路额定线电压，10kV;L为线路长度，km;IdC0（无架空）为无架空地线线路接地的电容电流，A。有架空地线的线路：IdC0（有架空）=3.3ULx10-3=33Lx10-3（A）。其中：IdC0（有架空）为有架空地线线路接地的电容电流，A。架空线路的单相接地电容电流：IdC0（架空单相接地）=UL/350=10L/350=0.029L（A）。其中：S为电缆线芯的标称截面，mm2;IdC0（架空单相接地）为架空单相接地的电容电流，A。（2）对于电缆线路。电缆线路：IdC0（电缆）=UL（95+1.44S）/（2200+0.23S）（A）;电缆线路的单相接地电容电流：IdC0（电缆线路单相接地）=0.1UL=0.1x10L=L（A）。其中：IdC0（电缆线路单相接地）为电缆线路单相接地的电容电流,A。⑶系统总的零序（电容）电流。IdC0（总）=»dC0（架空）+»dC0（电缆）。其中：IdC0（总）为系统总的零序（电容）电流。⑷线路单相接地的零序电流保护定值。中性点不接地系统发生单相接地故障时，非故障线路流过的零序电流为本线路的对地电容电流，而故障线路流过的零序电流为所有非故障线路的对地电容电流之和。因此零序电流保护的动作电流Idz应为：Idz=KK・3Up3・C0=KKIdC0。其中：Idz为流过零序电流互感器一次侧的动作电流，A;KK为可靠系数，计算时按系统中运行线路的总回路数计算。IdC0=IdC0（总）/N（总）。其中：IdC0为系统中一回路的平均对地电容电流；N（总）为系统线路的总回路数。Idz即为北元化工流过零序电流互感器一次侧的动作电流，该电流须根据电流互感器的变比计算出电流互感器的二次侧电流，该二次电流就是保护装置的零序过流保护动作电流值。2.2零序电流互感器的正确安装在电气施工和日常使用过程中，必须高度重视零序电流互感器的安装。如果安装方式不正确，接地线选线会出现错误或者影响零序过流保护的可靠动作，导致保护装置在接地故障时拒动，保护越级造成总进线跳闸，事故扩大化。零序电流互感器正确安装的关键是保证在电缆终端头穿过外附零序电流互感器以后，电缆金属屏蔽层接地线与外附零序电流互感器的相对位置正确。电缆通过零序电流互感器时，其金属护层和接地线应对地绝缘，电缆金属屏蔽接地点(电缆接地线与电缆金属屏蔽层的焊点)在互感器以上时，接地线应穿过零序电流互感器铁芯窗口后接地；在互感器以下时，接地线应直接接地。零序电流互感器安装方式如图1、图2所示。2.3电缆头的规范制作电缆头制作工艺不合格时不仅会增加电缆发生接地故障的概率，而且会影响零序电流保护的可靠性。电缆头制作工艺直接影响电缆头的使用寿命。在电缆接地事故中，大多数事故都是因电缆头制作工艺不规范而导致的电缆头处绝缘击穿而弓I发的。如果10kV三芯电缆头制作工艺存在问题，往往会导致电缆头处的两项或者三相同时绝缘击穿而引发电缆相间短路故障，并使事故扩大化。在电缆头绝缘未完全击穿接地前，系统的零序电流较小。当系统零序电流低于保护装置的定值时，零序过流保护不动作；而当绝缘完全击穿时，大多数情况是电缆两相或者三相绝缘同时被击穿接地，导致系统相间短路故障；如果短路电流较大，还会导致10kV段进线过流保护动作，造成本段10kV母线失电。2.4电缆金属屏蔽接地线的正确接地10kV电缆金属屏蔽层接地线错误接地方式也会增加电缆发生接地故障的概率，影响零序过流保护可靠性。特别是单芯电缆，如果金属屏蔽层接地方式不正确，在运行过程中将会使金属屏蔽层严重发热，进而损坏电缆的绝缘层，发生电缆接地故障。电缆金属屏蔽接地线正确接地方式有如下3种。电力电缆金属屏蔽层必须直接接地。交流系统中三芯电缆的金属屏蔽层，应在电缆线路的两个终端和接头等部位实施接地，并保障接地良好。电缆中间接头处两侧电缆的金属屏蔽层(或金属套)、铠装层应分别连接良好，不得中断。交流系统中单芯电缆线路较短。负荷较小时，可采用电缆金属屏蔽层两端直接接地方式；线路较长时，电缆金属屏蔽层可采用一端直接接地方式；若负荷较大时，则可采用另一端经电压保护器接地方式。2.5其他容易被忽视的因素继电保护装置与小电流接地选线装置零序电流回路接线要正确。10kV小电流接地系统中如果配置有小电流选线装置，小电流选线装置需要的零序电流信号也是从零序电流互感器二次侧取得，小电流选线装置和继电保护装置串联接入零序电流互感器二次侧出线以取得零序电流信号，此接线方式中线路较长、接线较为复杂，如果出现接线错误、中间接线端子接触不良、线路开路等情况，都会导致零序电流信号中断。此时，即使发生接地故障，继电保护装置和小电流选线装置都检测不到零序电流，选线功能和保护功能都将失效。继电保护装置中的零序过流保护设置应合理。继电保护装置依靠保护定值进行零序过流保护动作的逻辑判断，因此必须合理设置零序过流保护定值，准确设置零序过流保护动作电流、时间、并根据实际需要选择跳闸或者报警功能。电力电缆金属屏蔽接地线的接地是否良好。三芯电力电缆终端处的金属屏蔽接地线必须接地良好；电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时，电缆金属屏蔽接地线应对地绝缘。要保证10kV小电流接地系统在单相接地时零序过流保护能够准确、可靠动作，零序电流互感器、小电流选线装置、继电保护装置的安装和接线必须正确。在投用前