一起小电流接地选线装置不正确动作事件的分析与改进

陈剑平，石恒初，游昊，李银银，朱青成

（云南电力调度控制中心，昆明 650011）

0 前言

我国10～35 kV配电网中性点一般采用不接地或经消弧线圈接地方式，即小电流接地方式。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障支路电流较小[1]，难以达到线路过流保护动作定值，故障不能快速切除。近年来，随着经济社会发展，人们对于电力供应安全性的要求越来越高，配网线路单相接地故障持续运行带来的公共安全风险受到越来越多的关注。为了自动发现并切除配网单相接地故障，国内外专家进行了广泛深入的研究和实践，小电流接地选线装置的研发应用就是其中一种。小电流接地选线装置能够对配网接地线路进行选择，部分装置还具备出口跳闸功能，自上世纪80年代开始在国内得到推广应用。早期的小电流接地选线装置，由于选线原理单一、运行维护不到位等方面的原因，选线准确率不高，应用效果不佳[2]。2017年以来，南方电网公司基于自身应用需求，制定了新的小电流接地选线装置技术标准，并组织研发了新一代小电流接地选线装置，在南方电网公司范围内推广应用[3]。新一代的小电流接地选线装置，功能更加丰富，选线原理更加有效，在实际运行过程中取得了较好的应用效果。

本文对南方电网公司新一代小电流接地选线装置的功能特征进行了简要介绍，基于一起实际运行过程中发生的小电流接地选线装置不正确动作事件，深入分析了装置不正确动作的原因，提出了相应的装置改进方案，并对相关定值的整定进行了分析，对于进一步完善小电流接地选线装置的功能特性、提高故障自动切除效率具有重要意义。

1 小电流接地选线装置简介

1.1 小电流接地系统单相接地故障特点

中性点不接地系统发生单相接地故障后，系统中出现较大零序电压，故障支路与非故障支路均流过零序电容电流。故障支路与非故障支路稳态零序电容电流存在以下特征：

1）故障支路的零序电容电流为全系统非故障支路对地电容电流之和，非故障支路的零序电容电流为本支路的对地电容电流，一般情况下，故障支路的零序电容电流大于所有非故障支路的零序电容电流；

2）故障支路的零序电容电流滞后于零序电压90°，非故障线路的零序电容电流超前于零序电压90°。中性点经消弧线圈接地系统中，故障支路与非故障支路零序电容电流的5次谐波分量同样具有上述特征[4]。

1.2 小电流接地选线装置选线原理

基于中性点不接地系统单相接地故障稳态零序电流特征，国内外专家研究提出了零序电流比幅法、零序电流比相法、有功分量法等多种稳态选线法，并在故障选线中得到了应用[5-6]。但由于稳态故障电流较小，稳态选线法受过渡电阻及线路长度等因素影响较大，选线准确率较低。为此，国内外专家研究提出了基于暂态零序电流的暂态选线法[7-8]，通过从故障零序电流中提取特征频段的暂态分量应用于故障选线，使小电流接地选线装置的选线准确率得到了较大提升。近年来，基于稳态选线法、暂态选线法等多重判据的综合选线法得到了广泛应用[9-10]，选线准确率进一步提升。

1.3 南方电网新一代小电流接地选线装置特征

南方电网新一代小电流接地选线装置均采用基于多重判据的综合选线法。与传统的小电流接地选线装置相比，该装置的特点在于，除了常规的接地选线跳闸功能，还增加了轮切及零序后加速跳闸功能。轮切功能包括选线失败启动轮切及长时限启动轮切，其中，选线失败启动轮切指当选线跳闸失败后直接启动轮切功能来切除故障，长时限轮切指当零序电压低于选线启动电压但高于轮切启动电压时，经一定延时启动轮切来切除故障。零序后加速跳闸功能指当选线跳闸成功后线路又重合于永久性故障时（若线路重合闸投入），装置加速跳开该线路。

2 不正确动作事件概况及分析

2.1 事件概况

云南电网某35 kV变电站10 kV出线示意图如图1所示。

图1 某35 kV变电站10 kV出线示意图

2019年2月22日，该变电站10 kV 062线发生单相永久性接地故障，小电流接地选线装置选线跳闸失败（选线结果为063线，跳闸后零序电压未消失），后启动轮切，轮切成功（轮切062线路后零序电压消失），但062线路重合于故障后，小电流接地选线装置零序后加速未动作，导致小电流接地选线装置再次启动选线，选线仍未成功（再次选中063线），此后，由于063线重合闸动作条件不满足未重合，小电流接地选线装置持续发“合闸超时”告警，最后由调控员人工拉路隔离故障，小电流接地选线装置整组复归。此次故障过程中相关保护装置的动作时序如表1所示。该变电站小电流接地选线装置定值如表2所示，062线路、063线路保护重合闸定值如表3所示。

表1 故障动作时序

表2 小电流接地选线装置定值

表3 062线、063线重合闸定值

2.2 零序后加速未动作原因分析

小电流接地选线装置在选线跳闸或轮切某条线路成功后（即该线路已跳开，系统零序电压消失）开放零序后加速功能，开始等待线路重合延时计时，若在等待线路重合期间重新检测到零序电压，则后加速出口跳开该线路，否则，等待线路重合延时计时完毕后，装置整组复归。由表1可以看出，相对时间12 s，小电流接地选线装置轮切062线，2 s后故障消失，小电流接地选线装置开始等待线路重合延时计时，计时完毕后（相对时间16 s），由于062线路尚未重合，小电流接地选线装置判定故障已切除，装置整组复归。相对时间23 s，062线路重合于永久性故障，小电流接地选线装置启动新的一轮选线跳闸。由此可见，此次事件中062线路重合于永久性故障后小电流接地选线装置零序后加速功能未动作的原因为小电流接地选线装置的等待线路重合延时定值与线路保护的重合闸时间定值不配合，小电流接地选线装置提前整组复归。

2.3 风险分析

南方电网新一代小电流接地选线装置均具备零序后加速跳闸功能，大部分厂家均设置了零序后加速等待延时定值，但该定值均为装置内部设定，未开放整定。通过上述分析可知，当小电流接地选线装置内设零序后加速延时定值小于线路重合闸延时定值时，若线路重合于永久性故障，将造成小电流接地选线装置零序后加速功能拒动，小电流接地选线装置再次启动选线跳闸及后续动作逻辑。同时，若线路断路器弹簧储能时间与线路保护重合闸充电时间配合不当（如上述案例中，相对时间33 s，063线路第二次跳开后，再次重合成功），可能造成断路器反复分合，小电流接地选线装置频繁动作，带来较大的设备及人身安全风险。

3 改进方案

3.1 改进方案

由上可知，为避免线路重合于永久性故障时小电流接地选线装置零序后加速功能拒动，小电流接地选线装置零序后加速等待延时定值应大于线路的重合闸时间定值。实际运行中，10-35 kV线路重合闸延时定值整定范围较大，小电流接地选线装置零序后加速等待延时定值内设整定不利于与线路保护重合闸延时的配合，应予以开放整定，可采取的开放整定方案如表4所示。

表4 零序后加速等待延时定值开放整定方案

采用方案一的开放方式，小电流接地选线装置只需整定一个零序后加速等待延时定值，定值整定相对简洁，但为可靠防止误动风险，该定值需与该装置所接所有出线重合闸延时的最大定值配合，不利于接地故障的快速隔离（零序后加速等待延时计时完毕后方进入下一逻辑）。采用方案二的开放方式，各个间隔的零序后加速等待延时定值只需与该条线路的重合闸延时定值配合整定，应用灵活性较高，能较大程度避免方案一带来的风险，可优先采用。

3.2 配电自动化系统中的定值整定

近年来，随着供电可靠性要求越来越高，配电自动化设备在10～35 kV多级串供线路中的应用越来越普遍。为有效防范线路多次重合于永久性单相接地故障带来的设备及人身安全风险，小电流接地选线装置的零序后加速等待延时整定还需考虑与配电自动化设备相关动作延时的配合。本文以配电自动化开关的一种典型应用形式为例进行分析，其他应用形式下的配合要求可采用类似的方法分析推导。

图2所示为含多级串供线路的35 kV变电站示意简图，开关1为线路L2的站内开关，开关2、开关3为线路L2的站外智能分段开关（电压时间型，X时限、Y时限、Z时限功能均可靠投入。其中，X时限指开关的得电合闸延时时限；Y时限指开关的合闸确认延时时限，若Y时限内开关再次失压，开关将闭锁，不再合闸；Z时限指开关的失电分闸延时时限，开关失电后，经Z时限开关自动分闸）。

图2 含多级串供线路变电站示意图

设开关1的重合闸时间为T1C，开关2的X时限、Y时限、Z时限分别为T2X、T2Y、T2Z，开关3的X时限、Y时限、Z时限分别为T3X、T3Y、T3Z，小电流接地选线装置零序后加速等待延时为TD，且T2Z＜T1C、T3Z＜T1C，则：

1）当k1点发生永久性接地故障时，由之前的分析可知，小电流接地选线装置零序后加速功能在线路重合后正确动作加速跳开开关1的条件为：TD＞T1C。

2）当k2点发生单相永久性接地故障时，小电流接地选线装置选跳开关1后，小电流接地选线装置零序后加速等待延时及线路L2重合闸延时同时开始计时（假设此时为0时刻），则T1C时刻开关1重合，T1C+T2X时刻开关2得电合闸，合闸于永久性故障，此时要求小电流接地选线装置零序后加速动作瞬时切除故障。由此可见，k2点发生永久性故障时，小电流接地选线装置零序后加速正确动作的条件为：TD＞T1C+T2X。

3）当k3点发生单相永久性接地故障时，同k2点发生单相永久性接地故障的推理，可知，小电流接地选线装置零序后加速正确动作的条件为：TD＞T1C+T2X+T3X。

综上所述，当10～35 kV系统存在配电自动化开关且投入X时限、Y时限、Z时限功能时，若小电流接地选线装置的零序后加速等待延时定值按间隔整定，则该定值的整定方法为：大于该线路站内开关重合闸时限与站外所有分段开关的得电合闸延时（X时限）之和，并留有一定裕度。

4 结束语

南方电网新一代小电流接地选线装置，功能更加齐全，选线准确率得到极大提升，但实际运行过程中发现仍有需要改进提升的地方。本文基于实际运行过程中发生的一起小电流接地选线装置不正确动作事件，详细分析了事件发生的原因，提出了开放小电流接地选线装置零序后加速等待延时定值整定的方案，并对零序后加速等待延时开放整定后的整定方法进行了分析，提出了指导意见，对于推进小电流接地选线装置的推广应用、指导相关单位合理开展定值整定具有较好的指导意义。