中低壓配電網(wǎng)中接地變壓器的保護整定

【摘要】隨著現(xiàn)在大中型城市電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)饋線數(shù)目不斷的增多，中低壓配電網(wǎng)中的分布電容同樣也會增大。當電網(wǎng)發(fā)生接地短路故障時，由分布電容引起的電弧過電壓會導致接地電弧不能可靠熄滅。考慮到經(jīng)濟性和安全性，中低壓配電網(wǎng)中通過接入接地變壓器來引入中性點，經(jīng)小電阻或者消弧線圈接地。本文則主要探討了接地變壓器的保護配置，對接地變壓器的保護整定原則進行了詳細的論述。

【關(guān)鍵詞】中低壓配電網(wǎng)；接地短路故障；接地變壓器；保護整定

1.概述

目前，在我國電力系統(tǒng)中，中低壓電網(wǎng)中通常采用中性點不接地的運行方式，例如中壓變電站的主變壓器多采用Yd聯(lián)接組別。在6kV、10kV、35kV的電網(wǎng)中，并不存在中性點。對于中性點不接地電網(wǎng)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，三相系統(tǒng)中線電壓仍然保持對稱，能夠為電力用戶提供持續(xù)的電能，短路電流主要為線路中的電容電流。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，配電網(wǎng)饋線增多，當系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，電容電流越來越大，此時產(chǎn)生的接地電弧并不能可靠熄滅，引起電氣設(shè)備的損壞?？紤]到經(jīng)濟性和安全性，需要在三角形接線的6kV、10kV或35kV電壓等級的網(wǎng)絡中接入接地變壓器（又稱曲折型變壓器），以此引入中性點，并在中性點接入電阻或者消弧線圈[1][2]。

本文就城市電網(wǎng)經(jīng)小電阻或者消弧線圈接地系統(tǒng)中接地變壓器的保護配置和保護整定原則進行探討。保護配置和保護整定原則主要依據(jù)電網(wǎng)繼電保護裝置運行的相關(guān)規(guī)程和文獻。

2.保護配置

接地變壓器主要接于變電所相應的母線上，或者直接接于變電所變壓器相應的引線上。變壓器的故障主要包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路、鐵芯燒損以及引出線上發(fā)生相間短路和接地短路等；變壓器的不正常運行狀態(tài)主要包括外部相間短路引起的過電流、外部接地短路引起的過電流以及可能發(fā)生的過勵磁故障。變壓器的保護配置主要分為依據(jù)非電氣量的保護和依據(jù)電氣量的保護，與普通電力變壓器相同，接地變壓器的保護配置主要包括[3]：

（1）反應油箱內(nèi)部各種故障的瓦斯保護作為變壓器郵箱內(nèi)部故障的主保護；

（2）反應變壓器繞組、套管以及引出線上各種短路故障的縱聯(lián)差動保護或者電流速斷保護作為變壓器油箱外故障的主保護；

（3）反應外部相間短路故障并作為瓦斯保護和縱聯(lián)差動保護后備保護的過電流保護；

（4）反應變壓器外部接地短路的零序電流保護；

（5）反應變壓器過負荷的過負荷保護；

（6）反應變壓器過勵磁故障的過勵磁保護。

本文主要探討接地變壓器的電流保護，接地變壓器主要為電網(wǎng)引入中性點，形成零序通路。接地變壓器中性點裝設(shè)零序電流Ⅰ段、零序電流Ⅱ段保護（取自中性點零序電流），作為接地變壓器接地故障的主保護和系統(tǒng)各元件的總后備保護。接地變壓器電源測裝設(shè)三相式的電流速斷保護、過電流保護，作為接地變壓器內(nèi)部故障的主保護和后備保護。

3.接地變壓器的保護整定原則

參考電力行業(yè)標準DL/T584-2007《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》中，關(guān)于中性點低電阻接地方式下接地變壓器的保護整定的說明，介紹如下。

3.1電流速斷保護整定原則

電流速斷保護主要反應接地變壓器內(nèi)部相間短路故障，電流速斷保護的整定應滿足以下條件：

（1）在最小運行方式下，保證接地變壓器的電源側(cè)兩相短路時有足夠靈敏度。

其中，為接地變壓器電源側(cè)相間故障最小短路電流；KLM為靈敏系數(shù)，一般大于1.8。

（2）考慮勵磁涌流的影響，要保證在充電合閘時，躲過勵磁涌流，一般大于7～10倍接地變壓器額定電流。

其中，Sn為接地變壓器額定容量；Un為接地變壓器額定運行電壓；In為接地變壓器額定電流。

（3）躲過區(qū)外單相接地時流過接地變壓器的最大故障相電流（區(qū)外故障時，保護線路上只流通零序分量，而保護CT采用角接，零序分量會被濾除掉，可不用考慮這一原則）。

（4）躲過接地變壓器低壓側(cè)故障電流，由于Z型變二次側(cè)空載，沒有和低壓側(cè)保護配合的需要，可不用考慮這一原則。

3.2過電流保護整定

過流保護電流定值整定應滿足以下條件：

（1）躲過接地變壓器額定電流

其中，In為接地變壓器額定電流；Kn為可靠系數(shù)，一般大于1.5。

（2）躲過區(qū)外單相接地時流過接地變壓器的最大故障相電流。

由于Z型接地變壓器往往空載接入系統(tǒng)，因此其正負序阻抗很大，正常運行時Z型接地變壓器的電流很小，因此過電流整定值可以取得較小以獲得較大的靈敏性。

一般接地變壓器電源側(cè)的三相電流互感器接成三角形。這種情況下，接地變壓器的過電流保護不會因外部接地故障的出現(xiàn)而發(fā)生誤動。因此，過電流保護不需要和線路側(cè)過電流保護和零序電流保護配合，其動作時限應該與供電變壓器自身的后備保護動作時限進行配合。

3.3零序電流保護整定原則

接地變壓器的零序電流保護為接地變壓器的單相接地故障提供保護，同時也為相鄰線路的零序電流保護提供后備保護。因此，零序電流保護的電流定值和時間定值均需要和線路側(cè)零序電流保護定值配合[4][5]。

首先應該明確：為了確保保護的選擇性，零序電流保護應該按哪種接地故障（單相接地、兩相接地）來整定。不對稱接地短路分為單相接地和兩相短路接地兩種，零序電流保護整定必須兼顧兩種接地故障類型，下面分析兩種接地短路時產(chǎn)生的零序電流大小。

（1）單相接地短路

中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的單相接地故障的復合序網(wǎng)如圖1所示。

因此故障支路的零序電流為：

（2）兩相短路接地

中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的兩相接地故障的復合序網(wǎng)如圖2所示。

因此故障支路的零序電流為：

為了保證選擇性，零序電流保護的整定應該按照零序電流最大的故障類型進行整定。下面對兩種短路類型的零序電流大小進行比較（假定正、負序阻抗相等，均用代替）。

顯然，由式（7）可知：

當時，K>1，即單相接地短路時零序電流更大；當時，K<1，即兩相短路接地時零序電流更大；

由于實際電力系統(tǒng)中，，因此零序電流保護整定應按照單相接地故障類型進行整定。接地變壓器零序電流保護的整定原則如下[6]：

a.零序電流Ⅰ段

（1）電流定值保證單相接地故障有足夠的靈敏度，滿足下式：

其中，為系統(tǒng)最小單相接地故障電流；KLM為靈敏系數(shù)，一般取值大于2。

（2）與下級零序Ⅰ段保護定值配合。

其中，為下一級零序保護一段中最大定值；KK為配合系數(shù)，一般大于1.15。

（3）動作時間應大于母線各連接元件零序電流Ⅰ段的最長動作時間。

b. 零序電流Ⅱ段

（1）電流定值保護單相高阻接地故障有靈敏度。

其中，為系統(tǒng)最小單相接地故障電流；KLM為靈敏系數(shù)，一般取值大于2。

（2）可靠躲過線路的電容電流。

其中，IC為電容電流，KK為可靠系數(shù)，一般大于1.5。

（3）能夠與下一級線路零序過流保護相配合。

其中，為下一級零序過電流保護最后一階段中最大定值，KK 為配合系數(shù)，一般大于1.15。

（4）動作時間應大于接地變壓器零序電流Ⅰ段的動作時間，并能夠與下級零序保護配合。

其中，t0.1為接地變零序過流保護Ⅰ段動作時限；t0.2為接地變零序過流保護Ⅱ段動作時限，Δt=0.3s。

4.結(jié)論

本文通過對接地變壓器的相關(guān)文獻和規(guī)程進行研究和分析，總結(jié)了接地變壓器的保護和整定原則。對接地變壓器的保護進行探討，詳細描述了在中低壓配電網(wǎng)中接入的接地變壓器的保護配置和整定原則。針對接地變壓器的零序電流保護，通過對電網(wǎng)序網(wǎng)圖的計算和分析，詳細介紹了接地變壓器的零序電流保護整定原則。

參考文獻

[1]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].武漢：華中科技大學，2002.

[2]賀春，劉力軍，謝頌果等.Z型變在中性點經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)中的應用[J].繼電器，2006， 34（14）：15-19.

[3]寧國麗，房亞囡，邢立功等.小電阻接地系統(tǒng)中接地變壓器零序電流保護改進[J].電力自動化設(shè)備，2011， 31（5）：141-144.

[4]許凱.接地變的參數(shù)確定和保護計算[J].機電工程技術(shù)，2011， 40（07）：153-155.

[5]Edson R. Detjen， Kanu R. Shah. Grounding Transformer Applications and Associated Protection Schemes. IEEE Transactions On Industry Applications， Vol. 28，No. 4，July/August 1992.

[6]DL/T684-1999 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].1999.