（广州地铁集团有限公司 广东广州 510030）
摘要：城市轨道交通33kV交流供电系统线路配备了多种保护类型，其中零序选跳保护针对站间环网电缆线路故障设置，作为线路故障的后备保护，解决传统过流后备保护的时间级差匹配问题。本文对该保护的基本原理进行介绍，并结合典型保护动作案例进行分析。
关键词：零序选跳保护；电缆故障
1引言
2019年3月2日，广州地铁在建线路二十一号线发生一起由建设中线路电缆故障引起运营线路电缆零序电流选跳保护动作，导致33kV环网进出线开关跳闸的事件。本文通过对保护原理介绍和该次事件的故障原因进行分析，探讨该保护在交流供电系统线路运行中所起到的作用。
2保护原理介绍
2.1零序选跳逻辑图
图1零序选跳逻辑图
2.2零序选跳保护原理
零序电流选跳保护是针对站间环网电缆故障设置的保护，作为线路故障的后备保护，解决传统过流后备保护的时间级差匹配问题。基本原理是根据区间线路沿线各开关是否流过零序电流判断故障区段，即当环网线路发生单一的故障时，则故障区段位于从电源侧沿供电方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。
如图2所示，当故障点出现在d点时，IED1至IED4均检测到零序电流，IED5至IED8均无零序电流，IED4是最后一个零序过流的保护装置，设备IED4与IED5将本身的零序过流与否信号互送，逻辑判断，设备IED4与IED5同时速断跳闸，从而切除故障点。
图2零序选跳典型配置图
3典型故障案例
3.1事件概述
2019年03月02日，广州地铁在建线路二十一号线电力调度报凤岗站101B和朱村站102B开关出现零序选跳过流保护动作，朱村站103自投合闸成功。技术人员接到通知后迅速对故障进行响应，对故障发生的两个变电所设备进行检查。凤岗站101B和朱村站102B开关保护装置分别启动零序电流选跳保护并动作。现场检查二次设备及元器件功能状态完好，排除二次设备故障引起保护误动作情况。
3.2保护动作分析
排除二次设备故障原因，并根据该保护原理，判断故障出现在站间电缆线路中。通过对故障跳闸开关故障波形进行对比分析，凤岗站101B、朱村站102B同时检测到系统零序电流，但凤岗101B已达零序选跳保护整定值并启动，朱村102B未达零序选跳保护整定值未启动，满足零序选跳保护逻辑判据条件，保护正常启动。初步可将故障区段锁定在凤岗站至朱村站之间。
然而除凤岗站和朱村站有零序选跳保护启动，相同供电区段相连的其余7个变电所保护装置均有零序电流选跳保护启动的情况，通过下载波形分析发现，在建变电所长金区间牵混所102B和长平变电所101B开关有差动保护跳闸和零序选跳保护跳闸记录，并且跳闸时间与凤岗站和朱村站一致，且根据故障波形分析均为C相故障。
通过对保护动作值进行分析，长金102B最大零序电流567A，C相故障电流577A，已达到零序选跳整定值，启动零序选跳保护，并已发送启动信号至长平101B；长平101B检测最大零序电流16.6A，C相电流0A，未达到零序选跳整定值未启动零序选跳保护，并发送未启动信号至长金102B。对比长金102B、长平101B波形，长金102B开关 C相电流波形有突变增大情况出现，C相电压突降为零，A/B两相电压上升为线电压；而长平101B 开关 C相电流波形则突然降为零，符合C相电缆接地故障波形。同时，两个变电所差动保护同时启动并动作跳闸，符合分析的C相电缆故障引起的保护动作情况。
发生故障的供电分区当天由向西主变电所II段供电，根据故障现象，对全线分解阻抗等效电路图，故障点相当于一个零序电压源，与主所小电阻接地形成故障电流回路，而其他变电所阻抗及电缆容抗形成系统电流回路。环网电缆在正常和故障工况下都存在电容电流，在镇龙站至增城广场站区段没有短路点，但是c相电压为零，导致环网电缆c相电容电流为零，但a、b相电压上升至线电压，且故障发生时a、b相电压角度已变成60°，最终由电容电流产生零序电流。
图8 全线阻抗等效电路图
线路越长，靠近电源侧（向西主所）的电容电流越大，靠近向西主所的电容电流相对较大，远离向西主所的电容电流相对较小。由于此时c相电压为零，电容电流不平衡产生了零序电流，并且零序电流是未故障时电容电流的3倍。通过计算得出凤岗站零序电流为73.4A，朱村站零序电流为59.3A，符合现场测量值。
综上所述，在建段的长金区间牵混所至长平站33kV二段环网C相电缆接地故障发生后，迅速拉低系统C相电压，并抬升A/B相电压，导致向西-增城广场段的电容电流升高，不平衡的电容电流产生的更大零序电流。线路越长，靠近电源侧（向西主所）的电容电流越大，靠近向西主所的电容电流相对较大，远离向西主所的电容电流相对较小，流过各变电所的电容电流不一样，由此产生的零序电流也不一样。流经凤岗站101B零序电流为78A（大于整定值）保护启动，流经朱村站102B零序电流为65A（小于整定值）保护未启动，满足零序选跳保护逻辑判据条件，零序选跳保护跳闸启动。
4结论
当区间电缆故障，零序选跳保护作为区间电缆的后备保护，快速切除了故障，既满足了选择性，又保证了速动性。因此，在考虑牵引供电系统结构配置时，零序选跳保护可以不用过多的考虑保护之间的配合关系，就能达到对区间内电缆的快速、准确的保护功能，是城市轨道交通33kV牵引供电系统中的一种可靠、灵活的保护类型。
参考文献：
[1]刘雨佳，数字通信电流选跳保护应用研究，机电信息，2018年06期
[2]贺家李，电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社，2010
[3]高云霞，王立天，地铁供电系统电流选跳保护及方案优化，现代城市轨道交通Modern Urban Transit，2011年04期，1-4
论文作者:李钰颖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/24
标签：电流论文; 故障论文; 电容论文; 相电压论文; 电缆论文; 变电所论文; 线路论文; 《电力设备》2018年第34期论文;