35kV不接地系统两相异地接地故障分析

刘俊才 刘晓华 杨自光

（1. 鄂尔多斯电业局，内蒙古 鄂尔多斯 017200；2. 呼和浩特供电局，呼和浩特 010020）

35kV不接地系统两相异地接地故障分析

刘俊才1刘晓华2杨自光1

（1. 鄂尔多斯电业局，内蒙古 鄂尔多斯 017200；2. 呼和浩特供电局，呼和浩特 010020）

本文主要针对目前35kV不接地系统发生两相异地接地故障后，35kV系统整体电压与不同出线电流会发生怎样的变化，通过建立等效电路对此类故障的基本特征进行介绍。同时，通过对保护装置及录波器的数据进行分析，验证了两相异地接地故障保护动作行为。

35kV不接地系统；两相短路故障；保护动作

35kV不接地系统的两相短路故障类型主要有3种类型，即两相相间不接地短路故障、两相相间同一地点接地短路故障，两相相间不同地点接地短路故障。两相相间不同地点接地故障主要包括两种情况，同一出线的不同地点接地，不同出线的不同地点接地。不同相不同地点发生短路故障后，短路电流及母线都将会收到受接地点与接地电阻值的大小影响，所以发生两点不同地点接地后，常规的继电保护装置不能准确地反映出故障的情况，只能通过对本变电站内及下一级变电站内保护装置的报文及保护装置的动作情况进行总体分析，才能确定故障地点。不同地点接地故障的存在，严重威胁电网的安全稳定运行。下面通过一起小电流接地系统异地两点接地故障为例，进行分析探讨。

1 故障相关情况简介

故障前220kV库布其站#1、#2主变并列运行，35kV母联断路器310在合位，其余5条35kV线路均为运行状态。

354振库线情况：3月 14日 13时 26分32s966ms，354振库线CSC-213保护装置保护起动，27ms后分相差动保护动作出口，跳开354断路器。IA相电流为0.127A，IB相电流为0.308A，IC相电流为52.3A。

经检查主变故障录波器发现，1号主变故障录波器351低压侧B、C相发生大电流起动，2号主变故障录波器352低压侧B、C相发生大电流起动。1号主变、2号主变低压侧保护装置均起动，未动作出口跳闸。

352恩库线情况：3月 14日 13时 26分33s017ms，352恩库线RCS9613保护装置保护起动，IA电流为0.91，IB电流为26.8A，IC电流为22.6A。保护未动作出口跳闸。

352对侧变电站进线 313断路器保护起动，未动作出口跳闸。

35kV系统现场运行的接线方式如图1所示。事故后，经巡查发现，354振库线C相发生接地故障。而352恩库线线路无故障，保护未动作。初步判断为352对侧变电站内下一级发生B相接地故障。

2 故障分析

2.1 不接地系统异地两相接地故障理论分析

如图2所示，为中性点不接地35kV系统的等效电路图，假定L1线路的B相在K1点发生接地故障，此时，L1线路在 K1点的接地电流为3，如果L2线路的C相在同一时间K2点也发生了接地故障，那么L2线路在该点的零序电流为 IK(1C,1)3，L1出线与L2出线的故障相别分别是B、C两相，即同时接地故障，对于主变压器的低压侧M侧与母线侧来说，相当于BC相间短路故障。

图1 系统正常运行方式接线图

图2 两条出线不接地系统简化电路图

对于L1出线、L2出线来说，母线侧保护安装处的某一相的相电压等于短路点的该相电压与输电线路上所发生电压降之和，即

M侧与母线侧（即主变低压侧），当中性点电压为NU时，则B相、C相电压平衡方程如下式所示，其中BE、CE为母线B、C点电压，1Z、2Z为线路B、C故障点阻抗，1ZM、2ZM 分别为主变侧阻抗值。

正如前面所述，当不同线路的异地两相同时发生单相接地故障时，对于母线侧与主变低压侧来说，相当于相间故障，电流关系式为

将式（3）减式（4），得

将式（3）加式（4），得

根据图3的相量图可以看出，小接地电流系统异地两相接地有如下特征：

图3 主变低压侧电流电压向量图

1）发生接地相的相电压为地电压，不接地的另两相电压升高为线电压。

2）当发生接地任两相在同一地点接地时，这两相电压同时降低，大小相等。

3）当发生接地的任两相不在同一地点接地时，这两相电压均降低，但是电压小的一侧靠近电源及母线侧，电压大的远离母线侧。

4）当有接地电阻时，接地点不在同一位置的两相电压降低，但是有接地电阻接地电压数值较发生直接接地的电压数值高。

不同线路不同地点接地故障与同一线路同一地点两相短路不同的是两相短路非故障相电压保持不变，而是两点异地接地故障时非故障相电压升至约1.5倍原相电压。

2.2 主变低压侧故障录波数据分析

查看录波器显示，1号主变低压侧电流、电压的波形图可以判断系统发生的是线路 B、C相两相接地故障。1号主变低压侧保护装置起动，B、C相均有短时间的大电流。

图4 1号主变低压侧录波图

2.3 35kV线路故障录波数据分析

经查证有关保护的定值，354振库线分相差动起动电流为 2A，差动动作电流为 4A；过流二段为25A，时间为0.5s；过流三段为7A，1.2s（CT变比为250/5）。352恩库线差动起动电流为5A；过流一段为35A，时间为0s；过流二段为15A，时间为0.5s；过流三段为7A，1.2s。

两条线路保护动作情况如下所述。

354振库线情况：354振库线发生 C相单相接地时，C相无差流，装置不会动作。但保护装置发生C相分相差动出口跳闸。A相电流为0.027A，B相电流为0.000A，C相电流为52.3A。初步判定35kV系统内存在另一点 B相接地。随后查看所有 35kV保护装置，发现 352恩库线保护起动，2017年 03月 14日 B相电流从 13∶24∶42.797至 13∶24∶42.829存在。

大小约峰值 38A（有效值 22A）左右＜过流一段定值35A，持续时间约为32ms。C相电流在B相电流一个周波之后发生，C相电流大小约32A左右，持续时间约一个周波。故障发生点超出过流Ⅰ段保护范围，过流Ⅰ段保护未动作；由于故障持续时间太短，时间小于过流Ⅱ、Ⅲ段定值，过流Ⅱ、Ⅲ段也未动作。

随后，对352恩库线对侧恩格尔光伏变电站313进线调查发现，03月 14日 B相电流从 13∶24∶42.797至13∶24∶42.829存在，大小约峰值38A（有效值26.8A）左右，持续时间约为32ms。C相电流在B相电流一个周波之后发生，C相电流为峰值32A（有效值22.6A），持续时间约20ms，发展成B、C相相间故障持续时间约20ms。由于313保护未投过流保护，313进线保护起动，未动作出口。

图5 系统整体接线一次图

经过对比，352与 313大小相等，相位相反。可以判断出，该电流为穿越性电流，差动保护不动作，属于区外故障。然后继续向下一级巡视，发现恩格尔光伏变电站35kV母线下一级进线316开关跳闸。

316 3#光伏进线3月14日13∶25∶31.195，保护整组起动；13∶25∶31.215，B相Ibmax为74.67A，过流Ⅰ段单相接地故障。

通过上面的分析可以看出，如图所示，352恩库线对端电厂的316 3#光伏进线至光伏升压变压器段从2月17日开始发生过多次B相单相接地，BC相间故障，过流Ⅰ段动作。316 3#光伏进线至光伏升压变压器段B相电缆绝缘较弱，导致B相发生接地故障。

3 结论

本文利用 35kV不接地系统不同线路发生两点异地接地故障的保护动作的报文，最终明确了线路故障点。通过电流电压公式的推导，作出故障后相量图，并通过分析系统一次接线图，将此类故障进行明确展示。同时，对本次故障主变、线路录波数据进行分析对比，解释说明了本次故障相关保护的动作行为。

[1] 由恒远, 屈东明, 孙福鹏. 模块化预制仓式变电站在 110kV配网中的应用[J]. 电气技术, 2016, 17(5)：105-108.

[2] 朱声石. 高压电网继电保护原理与技术[M]. 北京：中国电力出版社, 2005.

[3] 葛耀中. 新型继电保护和故障测距的原理与技术[M]. 西安： 西安交通大学出版社, 2007.

[4] 余水忠. 小接地系统两相接地短路分析[J]. 继电器,2000, 28(2)： 42-43.

[5] 许建安. 电力系统微机继电保护[M]. 北京： 中国水利水电出版社, 2001.

[6] 赵琛, 赵晓东. 一起二次电压畸变引起的保护动作事故分析[J]. 电气技术, 2016, 17(9)： 145-146.

[7] 江苏省电力公司. 电力系统继电保护原理与实用技术[M]. 北京： 中国电力出版社, 2006.

Ground Faultanalysis of 35kV Ungrounded Systems in Different Places

Liu Juncai1Liu Xiaohua2Yang Ziguang1
(1. Ordos Power Supply Bureau, Ordos, Inner Mongolia 017200;2. Hohhot Power Supply Bureau, Hohhot 010020)

This paper mainly aims at the ground fault analysis of 35kV ungrounded systems in different places the 35kV overall voltage system and different wire current will occur, the fault characteristics are introduced through the establishment of equivalent circuit. At the same time, the protection action of this kind of fault is verified through analyzing the data of protection device and recorder.

35kV ungrounded system; two phase short circuit fault; protections

刘俊才（1984-），男，内蒙古鄂尔多斯市人，研究生，工程师，从事继电保护专业工作。