淺析接地變的作用及保護的配置

唐映媚

（廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州510080）

在國內早期電力系統(tǒng)里，6kV、10kV、35kV 系統(tǒng)大多采用中性點不接地運行方式。因為通常主變低壓側都為三角形繞組接法，沒有接地中性點。在中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，電容電流比較小，則不會引起間歇性電弧發(fā)生，那些瞬時性接地故障能自行消失。但隨著國內電網(wǎng)發(fā)展擴大，變電站供電線路變長，電纜出線增多，用電負荷增加，系統(tǒng)對地電容電流也增大了，導致單相接地后流經故障點的電容電流會變得較大，單相接地發(fā)生間歇性弧光，產生弧光接地過電壓，嚴重會擊穿電氣設備絕緣，危及電網(wǎng)的安全運行。接地變的提出使用就是為了給不接地系統(tǒng)人為制造的一個中性點，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，來減少系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的電容電流，保證供電的穩(wěn)定和電力系統(tǒng)的安全。

1 接地變壓器作用

我國的接地變壓器通常采用Z 型接線，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時候，繞組會流過正序，負序和零序電流。對于正序和負序電流，繞組會呈現(xiàn)高阻抗，而對于零序電流而言，由于同一相鐵芯上的兩個繞組反極性串聯(lián)，感應電動勢大小相等，方向相反，產生的磁通相互抵消，繞組呈低阻抗性，為零序電流提供了有效通路，使得零序過流保護可靠動作。

為了考慮節(jié)省投資和變電所空間，現(xiàn)在新建變電站為了保證供電穩(wěn)定，采用的是站用變和接地變分開方式運行，現(xiàn)在國內接地變壓器的接地方式主要是中性點經小電阻接地和經消弧線圈的接地方式。

經消弧線圈接地方式在發(fā)生單相故障時，經消弧線圈產生與電容電流方向相反的電感電流，對接地電容電流進行補償，避免了弧光過電壓的產生，使流過接地點電流減小到自行熄滅的范圍，可帶著故障短時間內運行，在最大程度上保證了供電的可靠性。但如今電網(wǎng)越發(fā)復雜，一旦補償?shù)膮?shù)不合理就容易出現(xiàn)諧振過電壓較高的情況，中性點經消弧線圈接地方式逐漸不能滿足要求。中性點經電阻接地開始提出并投入應用，接地變壓器中性點電阻接地方式的優(yōu)點在于不僅能限制單相接地電容電流，還能通過接地電流來啟動零序保護，選出故障線路，快速地把故障設備從系統(tǒng)中切除，降低了電氣設備選型時的耐壓水平，也避免了管理和運行消弧線圈帶來麻煩。

2 接地變保護的配置及整定計算

2.1 接地變保護的配置

中性點經消弧線圈接地的接地變保護一般設置兩段電流保護，很多時候考慮投資和場地因素，直接在站用變保護測控裝置上給接地變提供兩段式過流保護和過負荷告警功能。如果是經中性點電阻的接地方式的接地變，則必須需配置專用的站用變保護測控裝置，除了設置兩段式過流保護和過負荷告警，還需設置兩段式零序過流保護用于單相接地故障跳閘。

電力行業(yè)標準DL/T58 2007《3-110kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》規(guī)定，[1]接地變壓器保護整定與運行要兼顧靈敏性，速動性和選擇性。接地變壓器中性點上裝設零序電流Ⅰ段、零序電流Ⅱ段保護，作為接地變壓器單相接地故障的主保護和系統(tǒng)各元件的總后備保護。采用中性點經電阻接地的接線方式，其他間隔也應增加零序過流保護的功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，各零序保護電流均能配合可靠動作，最小范圍內快速將故障設備切除。

接地變僅有中性點裝有零序CT 時候，在中性點上裝設兩段零序過流保護。零序過流Ⅰ段動作跳母聯(lián)開關，零序過流Ⅱ段動作跳供電同側開關。現(xiàn)在廣東省不少變電站的設計會為接地變電源側配個開關，同時配個零序CT 來增加保護范圍，提高保護選擇性。保護可以按如下設置，在高壓側零序CT 上裝設零序電流Ⅰ段，當發(fā)生電流不平衡或者接地故障時候跳接地變電源側開關，同時不閉鎖備自投。在中性點零序CT 上零序電流Ⅱ段，設置兩時限，先跳母聯(lián)，再跳供電所的低壓側開關和接地變電源側開關，同時閉鎖備自投。這樣的保護配置無論是接地變中性點側發(fā)生單相接地故障還是電源側發(fā)生接地故障，都可以快速有效切除故障，同時又不會擴大故障范圍。零序過流Ⅰ段動作延時上比同一母線上除接地變壓器外所有設備保護Ⅰ段最長延時定值上有個加0.2s 到0.5s 的時間差，零序過流Ⅱ段則在零序過流Ⅰ段的時間加0.3s 到0.5s 時間差。

接地變一般設置兩段電流保護，一段過流速斷保護、一段過流保護。為了保證充電合閘時間，躲過勵磁涌流，速斷保護一般設置10 到14 倍接地變額定電流。過流保護則按2 倍到4 倍之間的接地變額定電流設置，躲過可能出現(xiàn)非故障相出現(xiàn)最大電流、如果接地變低壓側有負荷，且考慮對接地變低壓側有靈敏度。

2.2 接地變保護的整定計算

下文以深圳某變電站的中性點電阻接地方式的接地變?yōu)槔?，以電力行業(yè)標準DL/T58 2007《3-110kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》為依據(jù)，給站內接地變進行保護整定計算，給出繼電保護定值單。

案例：深圳某110kV 變電站，該變電站有兩臺容量為50MVA 的主變，高壓側110kV，低壓側為35kV 單母線分段接線，接地變兩條35kV 母線各一臺。變電站接地方式為中性點經小電阻接地，沒有帶負荷。接地變的參數(shù)和短路計算分別如表1、表2。

表1 接地變參數(shù)

短路方式 接地變35kV 電源側短路電流(kA) 大方式三相短路電流 6.408238739 小方式三相短路電流 6.133671906 大方式兩相短路電流 5.549534748 小方式兩相短路電流 5.311759871

2.2.1 瞬時過流保護

瞬時過流保護不經電壓閉鎖，按躲過變壓器勵磁涌流整定，整定瞬時動作值為：

式中：KK- 可靠系數(shù)，取12；Ie- 變壓器二次額定電流；nct-CT變比。

動作時間及出口方式：0.0 秒，跳各側開關。

靈敏系數(shù)校驗：

式中：KK- 可靠系數(shù)，取3.5；Ie- 變壓器二次額定電流；nCT-CT 變比。

動作時間及出口方式：考慮對地靈敏度，動作時間取1.2秒，跳各側開關。

式中為接地變電源側小方式兩相短路電流5300A。

靈敏系數(shù)大于1.5，動作值滿足靈敏要求。

2.2.3 過負荷告警

過負荷報警電流值按1.2 倍接地變額定電流整定：

過負荷報警延時：10.0S。

2.2.4 零序過流保護

接地變35kV 側中性點接地電阻為33.70Ω，35kV 系統(tǒng)的單相接地電流為；

規(guī)范要求零序過流靈敏系數(shù)要大于2，為了與各間隔配合，考慮有6 倍的靈敏度，零序CT 變比為50/1,有高壓側零序過流保護動作值為。

動作時間及出口方式：第一時限取0.3S，跳電源側開關，同時不閉鎖備自投。

2.2.5 中性點接地過流保護

為了與各間隔配合，考慮有5 倍的靈敏度，中性點零序CT變比為300/1,有中性點接地延時過流保護動作值為；

動作時間及出口方式：考慮與各間隔零序配合，形成級差。第一時限取0.5S，跳母聯(lián)，同時閉鎖備自投。第二時限取0.8S，跳變低開關和本開關，同時閉鎖備自投

綜合上述整定過程，此處可以給水35kV 接地變保護定值單，詳見表3。

表3 接地變保護定值單

結束語

接地變選擇哪種接地方式都是各有優(yōu)缺點，且直接影響電網(wǎng)的絕緣水平和供電的可靠性，連續(xù)性，它與過電壓水平，保護配置，電壓等級等有關，應按根據(jù)電力系統(tǒng)實際情況選擇。接地變中性點經電阻接地方式將接地變保護在具體整定上，還需與其他間隔的零序保護進行配合。在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，各零序保護電流才能相互配合，可靠動作，快速將故障設備切除，保證供電系統(tǒng)的安全運行。