20kV小電阻接地系統(tǒng)零序保護(hù)整定計(jì)算探討

陳福全++李鐵柱

【摘 要】 本文針對(duì)小電阻接地系統(tǒng)，描述了小電阻安裝地點(diǎn)及零序電流獲取方式，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上結(jié)合合肥地區(qū)電網(wǎng)20kV配網(wǎng)系統(tǒng)及保護(hù)配置現(xiàn)狀，根據(jù)實(shí)際案例對(duì)小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障電流進(jìn)行計(jì)算，提出了變電站主變、20kV出線，以及下一級(jí)環(huán)網(wǎng)柜、開閉所20kV零序電流保護(hù)配合方案，用較簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)了小電阻接地系統(tǒng)零序保護(hù)的配合。

【關(guān)鍵詞】 小電阻接地系統(tǒng) 零序電流保護(hù) 整定計(jì)算

當(dāng)前我國(guó)的配電網(wǎng)絡(luò)以不接地系統(tǒng)為主，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市配電網(wǎng)電纜線路爆發(fā)式增加，單相接地故障時(shí)電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過限額，極易產(chǎn)生弧光過電壓發(fā)展為相間短路。與此同時(shí)電纜永久性故障占比大、抗過電壓能力差，電容電流較大時(shí)消弧線圈補(bǔ)償設(shè)備配置困難等問題不斷出現(xiàn)，不接地系統(tǒng)持續(xù)供電的優(yōu)點(diǎn)難以發(fā)揮作用。為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和電網(wǎng)發(fā)展的新形勢(shì)，彌補(bǔ)10kV系統(tǒng)輸送容量小、損耗大，降低電網(wǎng)建設(shè)成本，提升配電網(wǎng)的供電能力，從2010年開始，合肥供電公司在合肥濱湖新區(qū)配電網(wǎng)中逐步取消了10kV不接地系統(tǒng)，推廣應(yīng)用20kV小電阻接地系統(tǒng)，取得了良好的成效。

1 小電阻安裝地點(diǎn)及零序電流獲取方式

1.1 小電阻安裝地點(diǎn)

小電阻接地系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)接線組別分星形和三角形兩大類，小電阻安裝也主要有主變低壓側(cè)中性點(diǎn)和母線接地變中性點(diǎn)兩種方式。供電公司系統(tǒng)變電站一般采用主變低壓側(cè)中性點(diǎn)方式，220kV三圈變壓器組采用Y/Y/Y/Δ接線，110kV變壓器組采用Y/Y/Δ接線，Δ側(cè)為穩(wěn)定繞組，取變壓器容量的25～30%。因加裝穩(wěn)定繞組的變壓器造價(jià)較貴，用戶變電站220kV三圈變壓器組采用Y/Y/Δ接線，110kV變壓器組采用Y/Δ接線，以降低造價(jià)成本。按照《3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程》的要求：低電阻接地系統(tǒng)有且只能有一個(gè)中性點(diǎn)運(yùn)行，當(dāng)接地變壓器或中性點(diǎn)電阻失去時(shí)，供電變壓器的同級(jí)斷路器必須同時(shí)斷開。所以接地電阻裝在接地變壓器中性點(diǎn)時(shí)，雖然節(jié)約了成本，但也降低了供電可靠性，所以不為供電公司采用。

1.2 零序電流獲取方式

在實(shí)際工程中，零序電流獲取主要有兩種方式：一種是外接穿心式，零序電流互感器直接套在三相封裝電纜中，多見于電纜出線；另一種是合成自產(chǎn)式，由三相饋線電流互感器相電流在保護(hù)裝置上合成零序電流，多見于架空線出線。

外接穿心式電流互感器較靈敏，一次零序電流發(fā)生微小變化就能引起二次側(cè)電流較大改變，內(nèi)部不平衡電流小，但零序電流大時(shí)易飽和、傳變誤差易增大。自產(chǎn)合成式三相電流互感器靈敏度稍差，三相電流互感器傳變特性差異將產(chǎn)生零序不平衡電流，發(fā)生相間故障時(shí)不平衡電流隨一次電流增大而增大，給保護(hù)整定帶來不便，其優(yōu)點(diǎn)是線性范圍大，能耐受較大短路電流而不飽和，傳變誤差較小。在工程中外接穿心式對(duì)零序電流互感器安裝工藝要求高，電纜內(nèi)金屬護(hù)層必須正確接地，否則發(fā)生接地故障時(shí)，接地線中電流將影響零序互感器正確采樣，正確接地方式如下圖（圖1、圖2）所示。

2 主變零序電流保護(hù)計(jì)算分析

根據(jù)《3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程》的要求：10～35kV低電阻接地系統(tǒng)中接地電阻的選取宜為6～30Ω，單相接地故障時(shí)零序電流（3I0）限以1000A內(nèi)為宜。下面就系統(tǒng)內(nèi)常見的，在變壓器中性點(diǎn)安裝一個(gè)20Ω電阻器方式（圖3）接線開展單相接地故障分析。

2.1 系統(tǒng)參數(shù)（見表1）

2.2 主變阻抗參數(shù)（見表2）

變壓器阻抗電壓Uk%=13.95，則標(biāo)么阻抗ZT*==1.395；中性點(diǎn)接地電阻20Ω，則標(biāo)么阻抗R*=320=136.054。主變零序標(biāo)么阻抗經(jīng)過計(jì)算分別為：ZTH0=1.294、ZTL0=0.703、ZT△0=0.068。

2.3 單相接地短路電流計(jì)算

因零序阻抗較大，兩相接地故障的零序電流小，但相間電流很大，完全可以由相間過流保護(hù)動(dòng)作，切除故障，故不再分析。

選取20kV母線發(fā)生單相接地故障（圖3 B點(diǎn)），則Z1=0.899+1.395=2.294，則Z0==136.056，因R>>X，所以工程計(jì)算中可以忽略變壓器零序阻抗。

所以B處單相接地短路電流3I0==606A，主變20kV總開關(guān)零序Ⅰ段，考慮系統(tǒng)小方式下對(duì)母線單相接地有1.5倍及以上的靈敏度，則主變20kV總開關(guān)零序Ⅰ段?。?00A、1.2s（跳本側(cè)）；零序Ⅱ段?。?00A、1.5s（跳各側(cè)）。

保護(hù)整定與運(yùn)行要兼顧靈敏性、速運(yùn)性和選擇性，低電阻接地系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生單相接地故障，本設(shè)備的保護(hù)應(yīng)可靠切除故障，允許短延時(shí)動(dòng)作，但保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足設(shè)備的熱穩(wěn)定要求。因單相接地零序電流被限制在600A左右，零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可以相對(duì)延長(zhǎng)，便于下級(jí)線路、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜零序保護(hù)的逐級(jí)配合。同時(shí)，為避免主變低壓側(cè)繞組及引線發(fā)生單相接地故障（圖3A點(diǎn)）無法切除，主變20kV總開關(guān)零序Ⅱ段1.5s應(yīng)跳開主變各側(cè)開關(guān)。

3 線路零序電流保護(hù)計(jì)算分析

以上分析初步確定了主變零序保護(hù)與線路零序保護(hù)時(shí)間的配合關(guān)系。在出線零序保護(hù)電流計(jì)算分析時(shí)，電纜出線零序阻抗較小，接地電流變化不大，線路末端單相接地與母線單相接地在工程上可視為一點(diǎn)。如架空出線則零序阻抗大得多，定值計(jì)算時(shí)必須充分考慮線路阻抗的影響，現(xiàn)以城配網(wǎng)最大輸送距離10千米考慮，JKLYJ-240型架空出線為例計(jì)算分析。

架空線標(biāo)么阻抗ZL1=10（+j0.4）=2.976+j9.07，ZL0=3（2.976+j9.07）=8.928+ j27.21

3.1 線路零序Ⅰ段保護(hù)（考慮開關(guān)出口近端金屬性接地故障）

⑴零序Ⅰ段對(duì)開關(guān)出口單相接地短路有足夠靈敏度

ⅠL01 ≤=303A

⑵零序Ⅰ段電流定值與主變低壓側(cè)總開關(guān)零序Ⅰ段配合

ⅠL01 ≤=333A

⑶零序Ⅰ段躲區(qū)外故障不平衡電流影響

ⅠL01 ≥1.50.11000（設(shè)CT為1000/5）=150A

綜合考慮?。?00A，0.9s

3.2 線路零序Ⅱ段保護(hù)（考慮線路弧光高阻接地故障）

⑴零序Ⅱ段對(duì)線路末端單相接地短路有足夠靈敏度

ⅠL02=/1.5=346A

⑵零序Ⅱ段電流定值與主變低壓側(cè)總開關(guān)零序Ⅱ段配合

ⅠL01 ≤=250A

綜合考慮?。?00A，1.2s，（如圖4所示）

上述計(jì)算分析中，還需注意單相接地故障時(shí)，過流保護(hù)與零序保護(hù)都將感受到短路電流，當(dāng)過流保護(hù)定值小于零序電流定值時(shí)，兩者均有可能動(dòng)作。如果時(shí)限配合不合理，有可能過流保護(hù)先動(dòng)作，對(duì)故障分析、排查帶來不便，因此在定值設(shè)置時(shí)，應(yīng)確保單相故障時(shí)零序保護(hù)優(yōu)先動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

小電阻接地的配電網(wǎng)系統(tǒng)，具有降低絕緣要求，節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)成本，提容降損等方面的優(yōu)越性，正在逐步推廣。小電阻接地系統(tǒng)零序保護(hù)時(shí)間設(shè)置得當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)逐級(jí)配合，高效方便的實(shí)現(xiàn)故障的隔離與查找。兩臺(tái)及以上主變的變電站，不宜并列運(yùn)行，在降低單相故障短路電流的同時(shí)避免由于零序分流造成的上下級(jí)定值不配合。

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