配网多台分界开关同时误动事故分析

耿 晋，孔 宁，时 鹏，张 凯

（国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东 菏泽 274000）

0 引言

采用用户分界开关就地隔离用户支线短路故障和接地故障，避免一条支线故障影响主干线路和其他支线，是对集中型和就地型馈线自动化两种典型模式的重要补充［1-2］。在实际运行当中，分界开关零序过流保护误动作事件频繁发生，既影响用户供电可靠性，又增加了电量损失。对某变电站同一母线配出线路上多台分界开关因接地故障同时误动问题，进行分析并给出事故原因及改进措施。

1 故障经过

1.1 跳闸情况

如图1所示，A站运行方式为线变组分列运行，即M线带1号变压器、10 kV I母线负荷，Ⅰ段10 kV无消弧补偿，N线带2号变压器、10 kVⅡ母线负荷，Ⅱ段10 kV有消弧补偿。

某日 17∶13∶06—17∶13∶07，A 站 10 kV Ⅱ线 2 号环网柜02E开关、10 kVⅠ线2号环网柜02D开关共计两条分支线路几乎同时发生接地故障跳闸。17∶13∶56—17∶13∶57， 同站 10 kV Ⅰ线 5 号环网柜05C开关、10 kVⅡ线4号环网柜04C开关、7号环网柜07C开关、10 kVⅢ线2号环网柜02C开关、5号环网柜05D开关、4号环网柜04D开关，共计6条分支线路几乎同时发生接地故障跳闸。17∶14∶17，A站10 kVⅡ线短路故障跳闸，重合不成，配电自动化系统无故障信息。

表1 Ⅰ线5号环网柜05C开关参数及保护配置情况

图1 A站10 kV母线及所接带环网柜

1.2 故障判断

值班人员判断多条分支开关几乎同时跳闸，应为分界开关区域外接地故障导致误动，同时考虑10 kVⅡ线主线故障跳闸，遂对非Ⅱ线的分支开关逐一进行了试送。17∶30，对I线2号环网柜02D开关、5号环网柜05C开关，Ⅲ线2号环网柜02C开关、5号环网柜05D开关、4号环网柜04D开关进行逐一试送，均成功恢复送电。

对Ⅱ线经巡线发现线路故障存在两处。如图1所示，分别为1号环网柜01B开关至2号环网柜02A开关之间电缆故障、2号环网柜02E开关下路灯变压器电缆头故障。

2 原因分析

2.1 环网柜分界开关参数及保护配置情况

以I线5号环网柜05C开关为例，介绍环网柜分界开关参数及保护配置情况，如表1所示。

经查询，此案例中所涉及线路的环网柜跳闸的分界开关，其零序保护定值设定均与I线5号环网柜05C开关零序保护定值、时限相同，即零序定值数值为1.6 A，延时为60 s。

2.2 分界开关控制器动作信息及SOE事件记录

以Ⅰ线5号环网柜05C开关为例，查询分界开关控制器动作信息记录，如表2所示。

表2 Ⅰ线5号环网柜05C开关控制器动作信息

查询Ⅰ线5号环网柜05C开关分界开关跳闸时SOE事件记录，如表3所示。

表3 分界开关跳闸时SOE事件记录

从上述信息中可以得出，I线5号环网柜05C开关零序保护定值在动作逻辑是没有问题的。

2.3 分界开关零序保护定值校验

变电站10 kV系统多为小电流接地系统，中性点采用不接地或经消弧线圈接地运行方式［3］。系统发生单相接地时的故障电流仅为本系统线路的对地电容电流，尤其对有消弧补偿的系统，根据《工业与民用配电设计手册》规定，单相接地故障电流一般要控制在10 A以下，以保证接地点电弧顺利熄弧。

2.3.1 零序电流定值可整定范围

零序电流值整定原则为：按躲过保护安装处后故障时流过本保护的接地电容电流整定。

结合案例进行分析，A站10 kV系统共有N条出线，通过统计得知，电缆总长度共30km，架空线总长度共80 km。变电站10 kV系统对地电容电流估算如下。

电缆线路电容电流估算为

架空线路电容电流估算为

考虑变电站设备的附加，系统总电容电流估算为

以A站10 kVⅡ线2号环网柜02E开关零序动作整定值为例，该开关在接地情况下正确动作跳闸，零序电流为A站10 kVⅡ线2号环网柜02E开关以下分支线路发生接地故障时电流，经查询，该分支线路共有电缆0.5 km，架空1.5 km。该站两段母线分列运行，两段母线各自出线发生接地故障时，互不影响，其接地电流估算需按两段母线分别估算。分别针对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统两种情况进行计算分析。

1）中性点不接地的I母线系统。

此时流过分界开关的零序电流为除分支自身电容电流外的系统总电容电流，其值估算为

考虑区内接地动作灵敏性1.5，开关零序整定值为

考虑区外接地可靠不动作，考虑零序电流互感器误差引入的可靠系数1.3，考虑线路参数的误差引入可靠系数1.8，开关零序整定值为

综上可知开关零序电流定值可整定范围为1.265～24.50 A。

2）经消弧线圈接地的II母线系统。

当A站10 kVⅠ线5号环网柜05C开关以下发生接地故障时，流过分界开关的零序电流为分支线路除外的系统总电容电流经消弧补偿后的残流，其值估算为

式中：IL为消弧补偿电流，A。

根据《工业与民用配电设计手册》规定：3～10 kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统单相接地故障电流不超过10 A。采用消弧线圈接地方式，在正常运行情况下，中性点的长时间位移电压不超过电网标称电压的15%，故障点的残余电流不宜超过 10 A［4］。因此，在这种情况下，IL-36.76 A 应在 10 A以下。

考虑区内接地动作灵敏性1.5，分界开关零序整定值为

考虑区外接地可靠不动作，考虑零序电流互感器误差引入的可靠系数1.3，考虑线路参数的误差引入可靠系数1.8，开关零序整定值为

可知此时开关零序电流定值可整定范围为1.265～6.667 A。

经查询，案例中区域外故障误动的分界开关下所接带的负荷大多为小区负荷、长线路分支，负荷均较重，线路自身对地电容电流会更大，以误跳闸的分界开关为例，A站10 kV I线5号环网柜05C开关以下分支线路共有电缆3 km，架空1.5 km。

此时，考虑区外接地可靠不动作，考虑零序电流互感器误差引入的可靠系数1.3，考虑线路参数的误差引入可靠系数1.8，开关零序整定值为

可知此时开关零序电流定值无可整定范围。

综合有消弧补偿和无消弧补偿两种情况的分析计算，可知分界开关零序过流整定值在无消弧补偿且系统对地电容电流较大时可整定范围较宽，可在一定程度上保证接地零序保护的可靠性和灵敏性；但在有消弧补偿时可整定范围将变得较窄。特别是接带分支线路较长、电缆比重较大时，分支线对地电容电流较大，可整定范围将很窄，甚至无整定范围。

2.3.2 误动作原因分析

案例中I线、Ⅲ线共计5条分支区外接地故障误跳闸的环网柜分界开关零序保护配置情况如表1所示。此次误动作的分界开关以下所接带的负荷均为大分支长线路，且拓扑结构不合理，分支电缆比重大，导致分界开关控制器零序过流保护定值无整定范围，与环网柜原设置定值不符，造成分界开关零序保护误动作，这是事故的主要原因。

3 对策建议

3.1 影响因素分析

该事故为配网分界开关控制器保护不正确动作情况的典型案例，即Ⅱ线线路发生两处接地短路故障，在II线接地短路故障未切除前，发生同站出线Ⅰ线、Ⅲ线共计5条分支区外接地故障误跳闸。

10 kV配电自动化线路分界开关接地零序过流保护不正确动作多为分支线路区外发生接地故障造成的误跳闸，且从频繁误动环网柜及分界开关以下所接带负荷情况看，误动分支线路多为大分支线路，其自身对地分布电容电流较大，系统发生单相接地时造成误动作跳闸。系统中性点接地方式、本分支对地电容电流占系统对地电容电流的比例这些将影响零序保护的整定范围的大小。

由于环网柜及分界开关的不同生产厂家保护原理不同，定值整定没有统一的规程，现场安装调试人员往往根据自己的经验或厂家说明书进行装置定值整定［5］。大多数环网柜在安装初期，现场安装调试人员根据开始负荷分支接入情况，即对环网柜分界开关设置整定值。但随着负荷的不断接入，由于分支用户设备参数上报不及时或未上报，原整定值未能及时更改，导致原整定值存在不满足运行负荷的情况。

这些因素对保证配网分界开关控制器保护的灵敏性和可靠性增加了难度，同时对配电网结构、分界开关安装位置、零序过流定值设置提出较高的要求。

因此，要想使分界开关零序保护具有较高的可靠性和灵敏性，一方面，应保证分界开关安装位置的合理性，应保证所接带分支线不能太长，电缆线路不能太多；另一方面，应考虑站内消弧补偿问题，有消弧补偿的系统，分界开关零序保护定值可整定范围将变得较窄，甚至无法整定。

3.2 分界开关零序保护不正确动作问题根源

区外故障误动的分界开关下接带了大分支负荷线路或小区开闭所，分界开关或环网柜分支断路器以下线路自身对地电容电流较大，网络结构极不合理。

站内消弧线圈的补偿作用，使分界开关零序保护可整定范围缩小，极不容易兼顾保护可靠性和灵敏性。

大部分环网柜分界开关以下为用户设备，资产属用户，管理上无明确设备主人，涉及用户分界开关控制器的保护定值，设备异动参数报送存在较大困难。

配电网自动化线路设备异动频繁、情况复杂，且配电网参数前期没有得到有效的管理，涉及老线路的设备异动参数报送准确性无法保证。

3.3 分界开关零序保护不正确动作问题解决方案

小电流接地系统单相接地故障的特殊性，决定了分界开关控制器零序过流保护的局限性。为保证分界开关控制器接地零序保护的可靠性和灵敏性，应对分界开关安装布置的合理性提出建议，不宜接带大分支过长线路。

对由于配网拓扑结构不合理，造成分界开关控制器零序过流定值无整定范围时，零序过流保护应可靠退出。

建立统一的配网保护定值计算管理平台，对配网设备异动和设备参数报送、定值计算进行有效的管理。

4 结语

分界开关零序保护无方向，仅仅依靠零序电流大小来判断故障区间，特别是对于消弧线圈接地配网系统，当系统单相接地时消弧线圈投入补偿后，残流非常小，存在保护区内单相接地故障保护不能动的可能。分界开关用于经消弧线圈接地系统时，判别接地故障如果仅采用稳态零序电流判据，无疑会出现误判，这种情况下需判别暂态零序电流。因此，要保证分界开关不发生误动作的情况，要从分界开关安装位置规划、消弧线圈残流控制、建立配网保护定值计算管理平台几个方面考虑，充分保证配电网分界开关动作的正确性，避免因保护误动作引起的停电。