Анализ случая неправильной работы реле защиты от перегрузки по току заземляющего трансформатора

Режим заземления нейтрали относится к соединению между нейтральной точкой электрической системы и землей. В китайских системах 35 кВ и ниже распространены методы, такие как незаземленная нейтраль, заземление через дугогасительную катушку и заземление с малым сопротивлением. Режим незаземленной нейтрали широко используется, так как позволяет работать в течение короткого времени при однофазных замыканиях на землю, в то время как заземление с малым сопротивлением стало主流接地方式，因为它可以快速切除故障并限制过电压。许多变电站安装了接地变压器以改造中性点接地方式，但改变了的故障特性会影响继电保护，导致误动或拒动。 本文介绍了接地变压器的工作原理和特点，阐述了小电阻系统中的电流保护配置/整定，分析了误动原因，并通过单相接地案例剖析了保护动作及故障根源。为故障处理/预防提供参考，加深运维人员理解，提高故障排查效率，消除潜在隐患。 接地变压器的工作原理 在将三角形连接、中性点不接地的变电站改造成小电阻接地系统时，为了引入中性点，最常用的方法是在母线上加装接地变压器。目前一般选择Z型接地变压器来引入接地点。接下来分析Z型接地变压器的工作原理。 Z型接地变压器在结构上与普通电力变压器相似。但是，每个相芯上的绕组被分为两部分，上下各一半，且以曲折形状连接。其接线方式如图1所示。 当发生接地短路时，零序电流通过中性点流入。Z型接地变压器的曲折连接使上下绕组的零序电流相互抵消，磁通相互抵消，使零序阻抗最小化，避免弧光接地过电压过大。对于正/负序电流，其类似普通变压器的电磁特性产生高阻抗，限制其流动。 在正常运行时，接地变压器接近空载（无二次负载）。在接地故障期间，正序、负序和零序故障电流通过它。由于“高正/负序，低零序阻抗”，保护装置主要测量电网的零序电流。 2 接地变压器电流保护的配置与分析 接地变压器电流保护通常采用相间和零序电流保护。具体如下： 2.1 相间电流保护的整定 2.1.1 整定原则 此保护包括瞬时跳闸和过流保护： - 瞬时跳闸：与同侧电源变压器后备过流保护配合。确保在两相短路（最小运行方式）时具有灵敏度，并避开励磁涌流（7~10倍接地变压器额定电流）和低压侧故障电流。 - 过流保护：设置以避开接地变压器的额定电流和外部单相接地时的最大故障相电流，确保可靠性。 - 动作逻辑：瞬时跳闸立即动作（无延时）；过流保护（作为相间短路的后备）有短延时，设置较低以实现分级配合。 2.1.2 跳闸方式 根据接地变压器与电源变压器的连接方式： - 连接到低压母线：瞬时跳闸/过流保护跳开同侧断路器，快速隔离故障。 - 连接到低压引线：保护跳开所有侧断路器，切断故障路径，防止故障扩大。 2.2 接地变压器零序电流保护的整定 2.2.1 整定原则 - 电流整定值应保证单相接地故障时有足够的灵敏度。 - 与下级零序电流保护全线路灵敏度的长时限整定值配合。 - 零序电流第一时限应考虑避免两条线路相继发生单相接地故障。 - 动作时间应大于母线各连接元件零序电流Ⅱ段最大动作时间。 由于接地变压器的零序电流保护不作为主保护，因此有三个时限，如下所示： 在公式中：t0^1, t0^2, t0^3 分别是接地变压器零序电流保护的第一、第二和第三时限；t0I' 是出线零序电流 I 段的时间整定值；t0II' 是除接地变压器外母线上所有设备零序电流保护Ⅱ段的最长时限整定值；Δt 设置为 0.2~0.5 秒。 2.2.2 跳闸方式 - 当接地变压器连接到相应母线时，零序电流保护动作：第一时限跳开母联断路器或分段断路器，并闭锁自动备用电源投入装置（简称“自动备自投”）；第二时限跳开接地变压器同侧断路器和电源变压器。 - 当接地变压器连接到电源变压器相应引线时，零序电流保护动作：第一时限跳开母联断路器或分段断路器，并闭锁自动备自投；第二时限跳开电源变压器同侧断路器；第三时限跳开电源变压器所有侧断路器。 2.3 接地变压器电流保护动作分析 对接地变压器保护配置的分析表明，相间电流保护和零序电流保护的跳闸方式存在显著差异：零序保护在动作时闭锁自动备自投，而相间保护则不闭锁。 如果保护装置测得的零序电流达到动作值并且发生了接地故障（在小电阻接地系统中，接地变压器是唯一的零序电流路径），装置检测到故障但无法定位。如果故障发生在出线上，保护跳开接地变压器后，自动备自投切换到备用母线。如果备用母线重合到故障线路上，该母线上的接地变压器仍然检测到零序电流，再次跳闸。由于自动备自投尚未充电完成，停电范围可能扩大。因此，零序保护必须闭锁自动备自投。 当相间保护动作（但零序保护不动作）时，装置判断接地变压器本身发生相间短路。它跳开接地变压器，同时跳开电源变压器同侧断路器，自动备自投切换到备用母线。由于故障发生在跳开的接地变压器上，备用母线重新连接到正常线路，恢复供电。 综上所述，接地变压器的相间电流保护和零序电流保护在故障原因和位置判断上存在很大差异，需要不同的设置和配置。然而，在接地短路时，相间保护可能会因测得的零序分量而误动。由于它们的自动备自投逻辑不同，误动可能导致故障范围扩大，甚至导致全站停电。 3 案例分析 3.1 故障过程 某110 kV变电站一次接线图如图2所示。故障前，1号变压器低压侧018断路器合闸，2号变压器低压侧032断路器合闸，034断路器处于试验位置。 2023年7月30日06:14，2号接地变压器过流I段保护动作，跳开2号接地变压器022断路器。同时联动跳开2号变压器低压侧032断路器，导致10 kV II段和III段母线失电。自动备用电源投入装置（自动备自投）动作，合上10 kV I/II段母联020断路器。 06:36，1号接地变压器过流I段保护动作，跳开1号接地变压器015断路器，并联动跳开1号变压器低压侧018断路器，导致10 kV I、II、III段母线全部失电。自动备自投随后合上2号变压器低压侧032断路器和2号接地变压器022断路器。但故障依旧存在，再次触发2号接地变压器过流I段保护动作，022断路器跳开并联动跳开032断路器，最终导致变电站10 kV系统全停。 3.2 现场设备检查结果 一次设备检查发现： - 接地变压器本体：1号和2号接地变压器未发现异常，绕组和铁芯无明显故障痕迹。 - 10 kV III段母线PT间隔（040开关柜）： - 开关柜顶盖上有明显水渍，表明雨水渗入。 - 手车室挡板C相位置严重烧蚀，上挡板有两个穿孔。 - C相上触头盒及静触头烧焦损坏，盒内积水。 - 避雷器手车C相上/下动触头有电弧烧伤痕迹，弹簧退火，触臂绝缘筒损坏。 - 母线室内C相母线外绝缘套管烧焦开裂，母线室背板C相区域有水渍渗透，带电显示传感器上有凝结水珠。 - 电压互感器室内底部有少量积水，三相PT外观无明显异常。 10 kV III段母线PT间隔上方钢支架处漏水，渗入开关柜，降低绝缘性能，导致C相放电，发展成金属性接地故障。在小电阻接地系统中，2号接地变压器检测到约4.3 A/相的零序电流（超过2.5 A的过流I段整定值），触发跳闸。过流保护不闭锁10 kV自动备自投，导致反复动作。最终跳闸后自动备自投未充电，导致10 kV系统全停。 关键因素：“相电流零序抵消”控制字被禁用（设为“0”），未能软件滤除相电流中的零序分量。在13 A的零序电流下，过流保护误动。若正确启用该控制字，则可防止故障。相反，零序过流保护I段（设定值为1.4 A）动作：第一时限跳开母联并闭锁自动备自投；第二时限跳开接地变压器和主变压器断路器，隔离II/III段，I段仍保持供电。 根本原因：禁用零序抵消控制字导致相电流误判。 4 结论 本文概述了接地变压器保护设置，分析了高零序电流下的误动风险，并通过案例研究进行了说明。为防止此类故障再次发生： - 在小电阻接地系统中启用基于软件的零序抵消功能（例如，“相电流零序抵消”控制字）。 - 如果此类功能不可用，则优化过流保护和零序保护设置之间的协调。 关键要点：主动配置保护软件对于防止接地故障期间的误动至关重要。