小电流接地系统两点异相接地的故障分析

房雪雷， 马　娟

(1.国网安徽省电力公司培训中心， 安徽　合肥　230022；

2.安徽电气工程职业技术学院， 安徽　合肥230022)



小电流接地系统两点异相接地的故障分析

房雪雷1,2， 马娟1,2

(1.国网安徽省电力公司培训中心， 安徽合肥230022；

2.安徽电气工程职业技术学院， 安徽合肥230022)

摘要：根据实际运行中发生的一起导致主变差动保护动作的故障，分析了不同接地情况下对小电流接地系统运行的影响，给出了线路电流互感器不完全星形接线时，互感器中性线断线对线路保护的影响，对调度和变电运维人员处理相关异常情况具有一定的指导意义。

关键词：两点异相接地；不完全星形接线；CT中性线断线

0引言

我国电网中110kV以下的电力系统从供电可靠性、过电压、绝缘成本与工艺、改善保护设备的工作特性和对弱电通讯的干扰等方面出发，多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。单相接地时不跳闸，由母线绝缘监察装置报警提醒运维人员查找接地点，接地电网可带单相接地运行2小时。出线电流互感器有时采用不完全星形接线，减少成本的同时，降低不同线路出现两点异相接地时的跳闸率。

1故障分析

1.1故障经过

2011年5月2日,雷雨天气，如图1所示，某110kV变电站1号主变差动保护动作，主变各侧开关跳闸。跳闸前1号主变所连接的10kV母线绝缘检测装置发B相接地告警信号，保护人员到达现场后调取差动保护信息，并检查差动CT回路接线及绕组使用均正确，事故处理中，调度下令用2号主变恢复失压的10kV I段母线负荷，合上出线WS线线路开关时，10kV母线绝缘检测装置发C相接地告警信号。现场站内巡视回报1号主变差动范围内(10kV侧高压电缆终端头)发生一处B相击穿接地，之后线路巡视回报WS线距离该变电站12km处C相导线断线落地。保护人员继续对WS线线路保护装置检查时，发现电流互感器二次接线N端子连片处松脱。从现象上看，这是一起典型的两点异相对地短路导致电网跳闸的故障。

图1

1.2主变差动保护动作分析

图2

1.3线路保护拒动分析

现场事故处理过程中在恢复送电时，当合上出线WS线路开关时，母线报C相接地信号。线路工区带电查线回报WS线距离受端变电站12km处C相导线雷击断线后落地。结合主变差动保护动作信息的检查，两点异相接地是导致主变差动保护动作的原因，同时两点异相接地时，WS线的线路保护拒动，拒动原因需要进一步分析。一般来说，对线路故障越级跳闸导致停电范围扩大的事故，分析拒动原因可考虑的范围包括：1)开关机构异常；2)跳闸线圈失压；3)控制回路断线或异常；4)保护定值整定不当；5)保护装置异常等。经现场检查，WS线线路开关及控制回路无异常，线路保护定值没有问题。该线路电流互感器二次回路采用的是不完全星形接线。对于小电流接地系统，不完全星形接线不但节约了一相电流互感器的投资，在同一母线的不同出线发生异相接地故障时，可使两条线路同时跳开的几率下降2/3。可是WS线线路接地相是接有电流互感器的C相，排除线路电流互感器不完全星形接线导致线路保护不动作的可能。现场检查保护装置时，发现该线路电流互感器二次接线N回路连片松脱，即N回路是断线状态。针对不完全星形接线的电流互感器中性线断线，分析如下。

1.3.1系统正常运行

图3aCT中性线断线示意图图3bCT等效电流源原理图图3cCT等效电压源原理图

则流过电流互感器的电流：

(1)

1.3.2线路发生对称性的三相短路

则流过电流互感器的故障电流，由式(1)得：

(2)

1.3.3发生两相间短路

则流过电流互感器的故障电流，由式(1)得：

(3)

则流过电流互感器的故障电流，由式(1)得：

(4)

1.3.4发生两相对地接地短路

如当发生A、C两相对地接地短路，考虑到ZΣ1=ZΣ2，ZΣ0的值不定(正序阻抗ZΣ1、负序阻抗ZΣ2、零序阻抗ZΣ0)，分两种极限情况：

所以，

(5)

(6)

图4　II段过流保护速断保护配合

本案中异相接地的一处先发生在主变的差动保护范围(B相)，之后WS线线路末端在遭受雷击后C相断线落地，导致两点异相接地形成，主变差动保护动作，切除B相接地的故障点，同时也将C相接地的线路从电网中隔离。如果C相接地的线路故障点在该线路速断保护范围，速断保护应动作并出口跳开该线路开关，如果在过流II段保护范围，过流II段保护应动作，但在主变差动保护动作后切除故障电动势后该保护返回，所以该线路过流II段保护应动作但不出口跳闸。因本案发生雷击断线接地的线路采用的是不完全星形接线，且线路电流互感器二次接线N回路连片未连接，中性线断线导致该线路保护范围缩短，经巡线发现C相雷击断线落地处处于该线路末端，因中性线断线导致过流II段保护拒动，增加了故障性质判断的难度。

2改进建议

根据以上故障情况和分析，提出以下建议：

(1)加强对主变低压侧套管引出线至高压开关室之间穿墙套管、避雷器、母排及其支撑绝缘子的绝缘检查和巡视力度。迎峰度夏期间设备运行环境温度高，负荷率比较高，设备消缺时间窗口安排困难。对不易观察到的高压穿墙套管处、主变内部、开关柜内和封闭母线，在迎峰度夏期之前和期间，用红外测温仪进行定量测温，对负荷率高低情况下的热成像图进行比对以发现缺陷，注意红外热成像仪的距离系数的选择，测量时间最好选择傍晚。高压穿墙套管处的热缺陷部位主要是引流接头，实际运行中也发现过支撑板未开缝造成的涡流发热。此外，对低压侧母排绝缘防护套的观察注意颜色有无变灰色。对避雷器的检查注意有无密封渗水现象，对支柱绝缘子或绝缘子注意外绝缘有无污秽、裂缝等缺陷，加强日常维护工作。另外，母线电压互感器的高压侧也要注意加强检查巡视和维护力度。

(2)在保护试验结束后，正确使用万用表欧姆档检查CT二次回路是导通状态，确认回路封闭完好，再将电流连片连上并拧紧。否则一旦回路不通，在故障时保护有可能拒动。检测N相接通与否，可以通入三相不平衡电流，通过装置或钳形电流表测量N相流过电流，可以保证N相接入正确。送电时，测量N相电流，由于三相不是绝对上的平衡，N相电流应该有十几到几十毫安，可以判断N相完好，切不可观测到N相为零就判断N相已经接好。

3结束语

在实际运行中，小电流接地系统侧发单相接地信号，在对出线线路进行拉路查找未查找到故障点时，站内巡视应注意主变低压侧套管到高压开关室之间的巡视，尤其对主变差动范围的单相接地，处理要谨慎，防止多点异相接地导致主变差动动作。对线路故障时线路保护拒动导致越级跳闸的现场检查中，应对电流互感器二次接线部分进行详细检查。

参考文献：

[1] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 刘林芝,赵颖涛,张晓峰.中性线断线的危害及其防护措施[J].郑州工业高等专科学校学报， 2001(02):23-24.

[3] 孙玉发.电流互感器不完全星形接线中性线断线对计量和继电保护的影响[J].南京工业职业技术学院学报，2005(04)：16-18.

[4] 马德明,陈晶晶.两相两继电器不完全星形接线的中性线断线保护[J].供用电，2008, 25(1)：44- 46.

[5] 吴振奋.电流互感器使用注意事项[J].农村电工，2013(12)：22.

[责任编辑：王敏]

Fault Analysis of Two Points Out-Phase Grounding for Small Current Neutral Grounding System

FANGXue-lei1,2,MAJuan1,2

(1.TrainingCentreofStateGridAnhuiElectricPowerCorporation,Hefei230022,China;2.AnhuiElectricalEngineeringProfessionalTechniqueCollege,Hefei230022,China)

Abstract:Based on the fault causing the differential protection action of main transformer in actual operation, this paper analyzes the impacts on the operation of small current neutral grounding system under different grounding conditions, provides the impact of neutral wire break of current transformer on line protection when the current transformer is imperfect star connection, and has a certain guiding significance for dispatchers and operation maintenance personnel of substation to deal with related abnormal conditions.

Key words:two points out-phase grounding; imperfect star connection; neutral wire break in CT

中图分类号：TM771

文献标识码：A

文章编号：1672-9706(2016)01- 0022- 05

作者简介：房雪雷(1969-)，男，安徽阜阳人，国网安徽省电力公司培训中心技术技能培训部教师，讲师，从事调度、变电运维、线路运检培训教学工作。

收稿日期：2015-12- 08

马娟(1985-)，女，安徽淮北人，国网安徽省电力公司培训中心技术技能培训部教师，硕士，讲师，从事继电保护、调度自动化培训教学工作。