10kV低阻接地系统的曲折变零序电流保护方案.doc
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1、10 kV低阻接地系统的曲折变零序电流保护方案为了抑制单相接地时产生的过电压幅值,某些大城市的10 kV电网开始采用低阻接地的接线方式。本文分析了经接地变压器低阻接地方式的城市变电所中,其10 kV母线不同位置接地时的零序电流流向以及接地变压器的零序保护逻辑方案,提出采用零序电流方向保护作为主变压器低压侧为双分支接线方式的接地变压器零序保护,使保护具有选择性,从而提高了对用户供电的可靠性。1、引言随着电力负荷的迅速增长,城市电网建设正如日中天。由于城市电网规模不断地扩建和延伸,受城区规划、环保和场地等条件制约,市区变电所越来越多地采用电缆馈线,以致10 kV系统单相对地电容电流大幅度增加。为抑
2、制单相接地时产生的过电压幅值,一些大城市的10 kV电网开始采用低阻接地(接地故障电流约为400600 A)接线方式,以便当10 kV系统发生接地时,根据接地点所在位置,由相应零序保护有选择性动作将接地故障隔离,以防电弧重燃引发过电压,保证电网中健全设备安全供电。通常城市变电所主变压器(以下简称“主变”)10 kV侧为三角形接线,无中性点引出,为能形成人为中性点经小电阻接地,需配置ZN型接线的接地变压器(以下简称“曲折变”)。本文就城市电网10 kV低阻接地系统中曲折变零序保护接线方案作些探讨。讨论所依据的主接线图中曲折变和所用变压器分别设置,以减少曲折变的停电几率,保证10 kV接地系统稳定
3、运行;并假定系统发生金属性直接接地,各相参数对称;同时忽略电缆馈线的电阻和绝缘泄漏电阻,接地故障时仅计及各段10 kV系统单相等效电容对接地电流的影响。2、110 kV变电所中的曲折变零序保护21110 kV变电所的10 kV电气主接线 110 kV变电所的10 kV电气主接线通常采用图1单母线四分段接线,1、3主变低压侧不带分支直接接于10 kV母线,2主变低压侧带双分支各接一段10 kV母线。每台主变10 kV引线上各设置1台曲折变用于引接接地电阻。22曲折变零序保护方案 曲折变的零序保护用于10 kV系统单相接地保护,按图1中主变10 kV侧接线方式,可分为单分支进线的曲折变零序保护和双
4、分支进线的曲折变零序保护两种方案。 221单分支进线的曲折变零序保护方案单分支进线的曲折变只需装设零序过电流保护,保护由接于曲折变中性线电流互感器的过流继电器构成,其动作时限应考虑与10 kV馈线的零序过流保护相配合,保护动作后以较短时限跳开10 kV分段断路器,并闭锁备用电源自动投入装置;第二时限跳开主变低压侧断路器(根据实际情况也可以不设这段时限);第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。此保护接线简单,动作可靠,能有效隔离故障。当然如单相接地故障发生于图1中主变低压侧及其引线k1处,按理此时不必动作10 kV分段断路器及闭锁备用电源自动投入装置,只要跳开主变高、低压侧断路器已可将故障隔离,
5、但为了简化保护,允许此处发生接地故障时按母线接地等同处理。 222双分支进线的曲折变零序保护方案对采用双分支进线的2主变,其曲折变零序保护接线方案讨论如下: (1)曲折变中性线零序过电流保护方案此方案沿袭当前普遍通行的设计,保护接于曲折变中性线电流互感器,它与单分支进线的曲折变零序保护方案相同,当10 kV系统发生接地故障,保护以较短时限同时动作于A、B段分段断路器跳闸,并闭锁各段备用电源自动投入装置;第二时限同时跳开主变低压侧的A、B分支断路器;第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。众所周知,2主变10 kV侧之所以分成A、B两个分支是为了提高对用户供电的可靠性,即当A段母线k2处发生接地故
6、障或该段馈出线接地且其保护或断路器拒动,只要求跳开A段分段断路器和分支断路器并闭锁该段备用电源自动投入装置就可将故障隔离,勿需牵及B段设备同时跳闸,2主变可继续保证对B段用户供电。无疑作为双分支进线的曲折变零序保护,本方案保护动作方式不尽人意,没有积极体现电气主接线设计意图,降低了对用户供电的可靠性。 (2)主变低压侧分支零序过电流保护方案此方案需在每一分支上装设零序过电流保护,接线也较简单,每段进线的零序过流继电器分别接入主变低压侧各分支电流互感器零序电流接线。图2画出了110 kV变电所中10 kV母线各处短路时的零序等值电路。图中TAA、TAB分别表示由A、B分支 电流互感器零序电流接线
7、,RN为曲折变中性点接地电阻,CA、CB分别为10 kV各段馈电系统单相等效电容,U0为接地点的零序电压,IRN为流经曲折变的接地电流,ICA、ICB分别为A、B各段馈电系统等效电容提供的接地电流。如图2(a)所示,当A(或B)段k2处发生接地故障时,各分支TA中都有接地故障电流通过,但电流数值大小不同。与接地故障段直接相连的A(或B)分支TAA(或TAB)中流过的电流为流经曲折变的接地故障电流IRN加上另一段馈电系统的电容电流ICB(或ICA),与接地故障段不直接相连的B(或A)分支TAB(或TAA)中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流ICB(或ICA),为使保护动作具有选择性,显然各分支
8、零序过流保护整定电流应大于本段馈电系统等效电容提供的接地电流。然而当图2(b)中所示k3处发生接地故障,曲折变中通过的接地故障电流已不流经任何分支电流互感器,各分支TA中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流,根据以上整定原则,各分支的零序过电流保护不会启动。可知此保护接线原理存在缺陷,根本无法清除k3处的接地故障电流,事实上不能采用。(3)零序电流方向保护方案进一步分析图2中的零序电流流向,可以看出流经各分支的零序电流方向将随接地点的不同而改变。即当k2处接地时,与接地故障处直接相连分支零序电流方向指向10 kV母线,非直接相连分支的零序电流方向背离10 kV母线;而当k3处接地时,各分支的零
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