劉瑞貴，宋先琴，伍繼紅，陳 東，鄒 力

（貴州電網(wǎng)有限責任公司安順供電局，貴州 平壩 561000）

為保障10 kV 配電線路安全運行，快速隔離用戶設備故障，平壩電網(wǎng)要求凡新增的10 kV 高壓用戶，應在產(chǎn)權(quán)分界處安裝帶配電自動化終端的分界開關設備。要求安裝的分界開關和終端設備應具備自動隔離用戶側(cè)相間短路、自動切除用戶側(cè)接地故障的功能，以達到隔離用戶故障，縮小停電范圍的目的。本文針對一起客戶產(chǎn)權(quán)分界開關FTU零序電流采樣異常進行分析及零序電流保護整定計算的實例應用分析。

1 零序電流異?，F(xiàn)象

2021 年03 月24 日，我局配電班人員在客戶分界開關日常巡視過程中，發(fā)現(xiàn)齊佰礦山支線81#桿處FDR-310 分界開關控制器顯示零序電流值異常（一次值：Ia=63.8 A、Ib=63.5 A、Ic=180.6 A、Io=238 A），ABC 三相電流不對稱，零序電流偏大，直接影響設備安全可靠運行，可能由采樣異常引起保護定值執(zhí)行不正確，有保護誤動跳閘引起停運的風險，將造成用電客戶的直接經(jīng)濟損失。

2 零序電流異常分析

2.1 設備配置情況

齊佰礦山總裝機容量2×630 kVA配電變壓器2臺，負荷主要是三相電機感性負載。配置的ZW32-12型戶外高壓柱上真空斷路器：額定開斷電流25 kA、額定電流630A，TA變比600/5、400/5、200/5 3種。采用FDR-310 分界開關控制器，配置三段式過電流保護、三次重合閘、零序電流保護、帶短信告警等功能，零序電流采集采用ABC三相合成零序計算方式。

2.2 三相電流采樣值不平衡分析

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)FDR-310 型分界開關控制器的一次電流采集值分別為：IA=63.8 A、IB=63.5 A、IC=180.6 A、I0=238 A，其中C相電流值180.6 A是其他A、B兩相的3倍，初步判斷C相電流互感器電流變比錯誤。

查出廠說明書ABC三相TA電流變比都是600/5（出廠值），二次額定電流5 A，即每相TA變比K=600/5=120，將采集的一次電流值都歸算到二次側(cè)電流值得：IA=63.8/120 ≈ 0.5A、IB=63.5/120 ≈ 0.5 A、IC=180.6/120 ≈ 1.5A。

該礦山的用電負荷90%以上全部是三相動力負載，可按三相負載對稱情況計算分析。以A、C 相二次電流值折算的等比關系推算出C相實際變比K′。

已知：二次電流IA=0.5A、IC=1.5 A，TA變比K=600/5=120，求C相TA變比K'。

由上式可知：C 相TA變比K'=40，實際變比應為200/5，變比錯誤是引起C相電流采樣數(shù)值偏大的主要原因。

2.2.1 TA變比改接后三相電流平衡出現(xiàn)零序電流

為了解決C 相電流采樣數(shù)值偏大問題，配電班人員辦理工作票后，停運該礦山支線分界開關進行檢查改接線，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)C 相TA實際所接變比為200/5與理論計算分析結(jié)果一致，其余A、B相TA變比接600/5 與出廠值相符，可以確定該分界開關出廠時，廠家人員將C相TA變比接錯，是導致C相電流采樣數(shù)值偏大的主要原因?，F(xiàn)場將C 相TA變比改接成600/5 后，ABC 三相電流采樣平衡（IA=32.1A、IB=32.2 A、IC=31.4 A、I0=62.5A）。從圖1 看出：改接C相TA變比后，雖然A、B、C三相電流平衡，但是出現(xiàn)了較大的零序電流“3I0=62.5A”，直接影響保護整定。零序電流3I0偏大原因，可能是該分界開關本體TA接線還存在問題。為此，筆者搜集現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進行以下分析論證。

圖1 現(xiàn)場C相TA變比改接

2.2.2 三相電流不對稱時確定TA反極性相別

筆者查閱了該分界開關FDR-310控制器說明書，得知零序電流3I0是采用軟件“合成零序”的計算方法，即3I0=IA+IB+IC計算公式。而且該分界開關FDR-310 控制器無“電流相位角”調(diào)閱功能，各相電流回路極性的正確性不能直觀準確判斷，給現(xiàn)場分析帶來極大的難度。為此，現(xiàn)場了解了該礦山90%以上的用電負荷都是三相動力負荷，而且從電流數(shù)值上來看三相負載平衡對稱，而且在投運時供電部門對該分界開關的進、出線相序進行核相為正序相序，從上面第一手資料的掌握，可初步判斷某相TA極性反極性引起“零序電流”偏大，并根據(jù)未改C 相TA變比前的電流采集數(shù)值“IA=63.8A∠0°、IB=63.5 A∠240°、IC=180.6 A∠120°”進行理論推算（A、B、C三相電流取正序角度），計算出各相反極性時零序電流3I0數(shù)值與裝置實采3I0（238 A）數(shù)值進行比較確定反極性TA相別。

假設A相TA反極，即：

圖2 A相TA反極性時3I0相量圖

假設B相TA反極性，即：

圖3 B相TV反極性時3I0相量圖

假設C相TA反極性，即：

由圖4 計算結(jié)果可知：在三相電流不對稱的情況下，以“C 相反極性”理論計算出的合成零序電流值與裝置采集3I0（238 A）數(shù)值基本相符，可以判斷C 相TA反極性，是引起零序電流3I0偏大的主要原因?，F(xiàn)場打開分界開關電流端子盒，發(fā)現(xiàn)A、B、C 三相電流回路只引出首端IA、IB、IC二次線，三相電流回路N 端二次線全部并接在分界開關本體內(nèi)部，無專用工具暫時不能處理，且該分界開關在保修期內(nèi)，待返廠維修，如圖5所示。

圖4 C相TA反極性時3I0相量圖

圖5 A、B、C三相電流回路N相內(nèi)部已并接

3 合成零序電流與獨立零序電流區(qū)別

所謂的“獨立零序電流”就是將A、B、C三相TA二次繞組首、尾端并接后，在電流回路的中性線N上穿上一個零序小TA所采集的零序電流。合成零序電流則是利用A、B、C三相電流有效值進行相加計算所得的零序電流。二者有明顯的區(qū)別。

在中性點不接小電流系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，實際上故障相電流就是非故障相電容電流之和，我們把這種故障相電流俗稱為“零序電流”其故障時的幅值很小，在零序電流保護中非常難以整定計算，特別是“合成零序電流”保護整定計算更加困難，有可能三相電力負荷不平衡會產(chǎn)生較大的“零序電流”引起誤動，運行可靠性非常差易誤動，該類保護已被淘汰不能作為零序保護投入使用。其原理只作為三相電力負荷的“不平衡電流”保護、零序電流方向元件、零序保護啟動邏輯條件等使用。

目前，市場上主流的“零序電流”保護，均采用獨立零序電流采集方法，選用小TA變比（20/1）精確度可以達到1%，能真實地反應小電流系統(tǒng)接地時的零序電流（即電容電流）大小，有利于零序電流保護整定計算，確保正確動作率，可有效提高供電可靠性。筆者在安順供電局選取了接地故障率非常高的10 kV 樂大線線路，作為驗證“獨立零序電流保護”正確動作率的試點，并在100 號桿處安裝FTU 及分界開關，掌握線路參數(shù)后，進行了零序電流保護整定計算，零序電流一次值整定1 A，如表1所示。2020 年3—6 月期間，發(fā)生了4 次接地故障，所有故障正確切除，避免了調(diào)度全線段拉閘停電，供電可靠性得到大幅提升。動作實例如下。

2020 年 3 月 21 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“新河支線2號桿”處發(fā)生A相接地故障，獨立零序保護正確動作切除故障點，故障電流2.3 A。故障點如圖6所示。

圖6 10 kV樂大線100#桿后段新河支線2號桿處故障點

2020 年 6 月 13 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“桃花支線71 號桿”處發(fā)生C 相接地故障，獨立零序保護正確動作切除故障點，故障電流1.5A。故障點如圖7所示。

圖7 10 kV樂大線100#桿后段桃花支線71號桿故障點

2020 年 6 月 15 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“大堯支線1號桿”處發(fā)生B相接地故障，獨立零序保護正確動作切除故障點，故障電流1.9 A。故障點如圖8所示。

圖8 10 kV樂大線100#桿后段大堯支線1號桿故障點

2020 年 6 月 15 日，10 kV 樂大線 100 號桿后段“大堯配變”高壓側(cè)C相避雷器接地故障，獨立零序保護正確動作切除故障點，故障電流1.6 A。故障點如圖9所示。

圖9 大堯配變高壓側(cè)C相避雷器接地故障

通過上述動作實例分析，不難看出“零序電流保護整定計算方法”是可行的，能確保切除單相接地故障正確動作率達100%。驗證期間遇雷雨、大霧、陰雨等天氣未發(fā)生誤動情況。

4 存在的問題

該礦山分界開關屬于電舊設備，其功能過于落后，達不到南方電網(wǎng)公司的《10 kV 柱上真空斷路器成套設備技術(shù)規(guī)范書》相關要求，也不能滿足現(xiàn)階段平壩供電局配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運行要求。具體如下：

未采用“獨立零序TA”配置，只配置“合成零序保護”整定誤差相當大，而且合成計算出的“零序電流”隨負荷電流變化較大，配網(wǎng)人員只是憑借經(jīng)驗整定定值，特別是短線路的零序電流定值整定更加困難，經(jīng)常發(fā)生保護誤動、拒動現(xiàn)象，直接降低全線路供電可靠性；

交流工頻輸入量（電流、電壓）基本誤差較大，不能滿足運行要求，直接影響保護動作的可靠性、準確性，也有誤動、拒動的風險，保護定值執(zhí)行非常困難；

不能實現(xiàn)與配電網(wǎng)自動化設備通信要求。

5 采取的措施

為了確保該礦山人身和設備安全及提高供電線路供電可靠性，由客戶服務中心制定合理的供用電管理辦法，與用戶簽訂供用電合同時，將南方電網(wǎng)《10 kV柱上真空斷路器成套設備技術(shù)規(guī)范書》相關要求列入其中，安裝符合技術(shù)要求的分界開關成套設備，完全能接入配電自動化系統(tǒng)中，滿足運行要求。安順供電局將對客戶的產(chǎn)權(quán)設備上網(wǎng)進行常態(tài)化模式管理，對不滿足配電自動化系統(tǒng)運行要求的設備一律禁用，同時清理不合格的客戶產(chǎn)權(quán)設備，重新配置符合技術(shù)要求的自動化設備，確保安全、可靠接入到配電自動化系統(tǒng)中。

6 結(jié)束語

綜上所述，合成零序電流保護應用在小電流不接地系統(tǒng)中“零序電流”的采集是根據(jù)ABC三相負荷電流合成計算得出的，誤差值非常大，可能任一相負荷電流變化時，將引起較大的不平衡電流，容易引起零序電流保護誤動，造成井下停電危及人身和設備的安全。如果取消該零序保護功能，當發(fā)生單相接地故障時，分界開關不能及時切除接地故障，井下的工作環(huán)境非常潮濕，工作人員也容易發(fā)生人身觸電，直接危及人身安全。調(diào)度員可根據(jù)相關調(diào)度運行規(guī)定將全線路拉閘停電，將造成大面積停電，供電可靠性將大大降低。為此，筆者查閱大量的關于小電流系統(tǒng)“零序電流保護”整定方法資料，并通過實踐論證，最終找出圖10中的最佳“零序電流保護”整定計算方法，徹底解決了“零序電流保護”整定困難的棘手問題。

圖10 獨立零序電流保護整定計算方法示意圖

總的來說，該整定計算方法在故障率較高的試點線路上運行，并通過動作實例分析也證實了該整定計算方法所整定的“零序電流保護”正確動作率達100%，該方法是可行的，具有推廣價值。