經(jīng)低電阻接地的20 kV線路零序電流保護(hù)分析

景巍巍

摘 要：20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)20 Ω小電阻接地，單相接地時產(chǎn)生零序電流，零序電流的大小主要取決于中性點(diǎn)電阻。相應(yīng)的20 kV線路應(yīng)增設(shè)零序過流保護(hù)。零序電流應(yīng)盡量取自套在電纜上的穿芯式CT，這樣零序電流定值只按躲過本線路的電容電流整定，定值可整定的較低，零序保護(hù)的靈敏度相應(yīng)較高。

關(guān)鍵詞：低電阻 20 kV 零序保護(hù)

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配電網(wǎng)可以提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源。目前，在中壓配網(wǎng)中應(yīng)用20 kV電壓等級正越來越受到重視。

20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為二類，Ⅰ類：中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地；Ⅱ類：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地。

該文對中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)的零序保護(hù)進(jìn)行簡單分析。

1 接地電阻的選擇

按江蘇省公司頒發(fā)的設(shè)備規(guī)范和技術(shù)導(dǎo)則，20 kV系統(tǒng)接地電阻為20 Ω，保證系統(tǒng)發(fā)生單相接地時能可靠跳開故障線路。

2 電網(wǎng)單相接地的故障分析

2.1 單相接地的故障分析

電網(wǎng)接線如圖1。

設(shè)在線路n發(fā)生A相接地故障，故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。

此時的故障復(fù)合序網(wǎng)為：

根據(jù)圖二的故障復(fù)合序網(wǎng)，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：綜合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1為線路單位長度的正序阻抗，XT1：變壓器正序阻抗，XS1：系統(tǒng)的正序阻抗。

Z∑2：綜合負(fù)序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2為線路單位長度的負(fù)序阻抗，XT2：變壓器負(fù)序阻抗，XS2：系統(tǒng)的負(fù)序阻抗。

Z∑0：綜合負(fù)序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0為線路單位長度的零序阻抗，XT0：變壓器零序阻抗。

在配電網(wǎng)中，可以認(rèn)為Z∑1=Z∑2。

則3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

實(shí)際系統(tǒng)的故障電流計(jì)算舉例

下面就某110 kV變電所2007年的系統(tǒng)參數(shù)為例，進(jìn)行簡單計(jì)算（計(jì)算取標(biāo)么值）

基準(zhǔn)值選?。?/p>

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

參數(shù)：在最小運(yùn)行方式下：系統(tǒng)阻抗XS1=0.25，

中性點(diǎn)接地電阻20 Ω，換算成標(biāo)么值4.5351。

主變：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分?jǐn)?shù)=12%，

則XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV線路采用鋁芯絕緣導(dǎo)線，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（標(biāo)么值）。

Z0=3Z1。

線路故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。不同的Lk下對應(yīng)的故障電流如表1。

可見單相接地的故障電流隨故障點(diǎn)遠(yuǎn)近變化不大。

2.2 故障電流影響因素分析

仍以上面參數(shù)為例，當(dāng)Lk=5kM時：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可見（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）遠(yuǎn)小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），則單相接地的零序電流略小于EA/R。

可見單相接地的零序電流主要取決于中性點(diǎn)接地電阻的大小。

3 20 kV線路零序保護(hù)配置

3.1 保護(hù)配置的原則

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，故障電流較大，并有零序電流產(chǎn)生。因此線路保護(hù)應(yīng)配置零序過流保護(hù)，動作于跳閘。

3.2 零序電流的獲取

方法一：取自套在電纜上的穿芯式CT。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行和相間短路時，穿芯式CT無不平衡電流。

方法二：取自出線CT的自產(chǎn)零序電流（三相電流相加）。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行時存在三相CT的誤差引起不平衡電流；在相間故障時存在CT的飽和特性的差異引起的不平衡電流。

3.3 零序電流定值整定原則

在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障線路流過故障電流。非故障線路流過的零序電流為本線路的接地電容電流。因此：

3.3.1 對零序電流取自穿芯式CT的。

零序保護(hù)定值按躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，取1.25

IC：本線路的接地電容電流

3.3.2 對零序電流取自出線CT自產(chǎn)零序電流的。

零序保護(hù)定值按下面兩個條件整定，取較大值為整定值。

躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，可靠系數(shù)取1.25。

IC：本線路的接地電容電流

躲過配電變壓器低壓側(cè)三相短路流過本保護(hù)的最大不平衡電流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系數(shù)，取1.2～1.3

Ibp.max：配電變壓器低壓側(cè)三相短路最大不平衡電流

考慮線路經(jīng)高阻接地故障時保護(hù)的靈敏度，零序過流定值應(yīng)不大于300 A。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：線路的電容電流較小，20 kV電纜線路的電容電流按10 kV電纜的2～2.5倍考慮，約2 A～3 A/km，5 km的電纜線路電容電流約十幾安，遠(yuǎn)小于線路配電變壓器低壓側(cè)短路時流過保護(hù)的最大不平衡電流。因此按躲過線路的接地電容電流整定的零序過流保護(hù)定值可以整定的較低。

即零序電流取自穿芯式CT的定值可以整定的較低，相應(yīng)的對接地故障的靈敏度較高。

3.4 零序電流保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)

零序電流的靈敏度對線路末段金屬性接地故障的靈敏系數(shù)不小于1.5。

4 結(jié)語

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，產(chǎn)生零序電流（主要決定于中性點(diǎn)電阻）。因此線路保護(hù)配置應(yīng)增加零序過流保護(hù)，動作于跳閘。通過對零序電流的分析計(jì)算，合理整定零序電流定值，才能保證線路零序保護(hù)的正確動作，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 江蘇省電力公司編著.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2006.

[2] 江蘇省電力公司編著.20 kV配電系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[Z].2007.endprint

摘 要：20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)20 Ω小電阻接地，單相接地時產(chǎn)生零序電流，零序電流的大小主要取決于中性點(diǎn)電阻。相應(yīng)的20 kV線路應(yīng)增設(shè)零序過流保護(hù)。零序電流應(yīng)盡量取自套在電纜上的穿芯式CT，這樣零序電流定值只按躲過本線路的電容電流整定，定值可整定的較低，零序保護(hù)的靈敏度相應(yīng)較高。

關(guān)鍵詞：低電阻 20 kV 零序保護(hù)

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配電網(wǎng)可以提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源。目前，在中壓配網(wǎng)中應(yīng)用20 kV電壓等級正越來越受到重視。

20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為二類，Ⅰ類：中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地；Ⅱ類：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地。

該文對中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)的零序保護(hù)進(jìn)行簡單分析。

1 接地電阻的選擇

按江蘇省公司頒發(fā)的設(shè)備規(guī)范和技術(shù)導(dǎo)則，20 kV系統(tǒng)接地電阻為20 Ω，保證系統(tǒng)發(fā)生單相接地時能可靠跳開故障線路。

2 電網(wǎng)單相接地的故障分析

2.1 單相接地的故障分析

電網(wǎng)接線如圖1。

設(shè)在線路n發(fā)生A相接地故障，故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。

此時的故障復(fù)合序網(wǎng)為：

根據(jù)圖二的故障復(fù)合序網(wǎng)，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：綜合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1為線路單位長度的正序阻抗，XT1：變壓器正序阻抗，XS1：系統(tǒng)的正序阻抗。

Z∑2：綜合負(fù)序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2為線路單位長度的負(fù)序阻抗，XT2：變壓器負(fù)序阻抗，XS2：系統(tǒng)的負(fù)序阻抗。

Z∑0：綜合負(fù)序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0為線路單位長度的零序阻抗，XT0：變壓器零序阻抗。

在配電網(wǎng)中，可以認(rèn)為Z∑1=Z∑2。

則3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

實(shí)際系統(tǒng)的故障電流計(jì)算舉例

下面就某110 kV變電所2007年的系統(tǒng)參數(shù)為例，進(jìn)行簡單計(jì)算（計(jì)算取標(biāo)么值）

基準(zhǔn)值選?。?/p>

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

參數(shù)：在最小運(yùn)行方式下：系統(tǒng)阻抗XS1=0.25，

中性點(diǎn)接地電阻20 Ω，換算成標(biāo)么值4.5351。

主變：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分?jǐn)?shù)=12%，

則XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV線路采用鋁芯絕緣導(dǎo)線，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（標(biāo)么值）。

Z0=3Z1。

線路故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。不同的Lk下對應(yīng)的故障電流如表1。

可見單相接地的故障電流隨故障點(diǎn)遠(yuǎn)近變化不大。

2.2 故障電流影響因素分析

仍以上面參數(shù)為例，當(dāng)Lk=5kM時：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可見（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）遠(yuǎn)小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），則單相接地的零序電流略小于EA/R。

可見單相接地的零序電流主要取決于中性點(diǎn)接地電阻的大小。

3 20 kV線路零序保護(hù)配置

3.1 保護(hù)配置的原則

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，故障電流較大，并有零序電流產(chǎn)生。因此線路保護(hù)應(yīng)配置零序過流保護(hù)，動作于跳閘。

3.2 零序電流的獲取

方法一：取自套在電纜上的穿芯式CT。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行和相間短路時，穿芯式CT無不平衡電流。

方法二：取自出線CT的自產(chǎn)零序電流（三相電流相加）。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行時存在三相CT的誤差引起不平衡電流；在相間故障時存在CT的飽和特性的差異引起的不平衡電流。

3.3 零序電流定值整定原則

在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障線路流過故障電流。非故障線路流過的零序電流為本線路的接地電容電流。因此：

3.3.1 對零序電流取自穿芯式CT的。

零序保護(hù)定值按躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，取1.25

IC：本線路的接地電容電流

3.3.2 對零序電流取自出線CT自產(chǎn)零序電流的。

零序保護(hù)定值按下面兩個條件整定，取較大值為整定值。

躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，可靠系數(shù)取1.25。

IC：本線路的接地電容電流

躲過配電變壓器低壓側(cè)三相短路流過本保護(hù)的最大不平衡電流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系數(shù)，取1.2～1.3

Ibp.max：配電變壓器低壓側(cè)三相短路最大不平衡電流

考慮線路經(jīng)高阻接地故障時保護(hù)的靈敏度，零序過流定值應(yīng)不大于300 A。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：線路的電容電流較小，20 kV電纜線路的電容電流按10 kV電纜的2～2.5倍考慮，約2 A～3 A/km，5 km的電纜線路電容電流約十幾安，遠(yuǎn)小于線路配電變壓器低壓側(cè)短路時流過保護(hù)的最大不平衡電流。因此按躲過線路的接地電容電流整定的零序過流保護(hù)定值可以整定的較低。

即零序電流取自穿芯式CT的定值可以整定的較低，相應(yīng)的對接地故障的靈敏度較高。

3.4 零序電流保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)

零序電流的靈敏度對線路末段金屬性接地故障的靈敏系數(shù)不小于1.5。

4 結(jié)語

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，產(chǎn)生零序電流（主要決定于中性點(diǎn)電阻）。因此線路保護(hù)配置應(yīng)增加零序過流保護(hù)，動作于跳閘。通過對零序電流的分析計(jì)算，合理整定零序電流定值，才能保證線路零序保護(hù)的正確動作，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 江蘇省電力公司編著.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2006.

[2] 江蘇省電力公司編著.20 kV配電系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[Z].2007.endprint

摘 要：20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)20 Ω小電阻接地，單相接地時產(chǎn)生零序電流，零序電流的大小主要取決于中性點(diǎn)電阻。相應(yīng)的20 kV線路應(yīng)增設(shè)零序過流保護(hù)。零序電流應(yīng)盡量取自套在電纜上的穿芯式CT，這樣零序電流定值只按躲過本線路的電容電流整定，定值可整定的較低，零序保護(hù)的靈敏度相應(yīng)較高。

關(guān)鍵詞：低電阻 20 kV 零序保護(hù)

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配電網(wǎng)可以提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源。目前，在中壓配網(wǎng)中應(yīng)用20 kV電壓等級正越來越受到重視。

20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為二類，Ⅰ類：中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地；Ⅱ類：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地。

該文對中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)的零序保護(hù)進(jìn)行簡單分析。

1 接地電阻的選擇

按江蘇省公司頒發(fā)的設(shè)備規(guī)范和技術(shù)導(dǎo)則，20 kV系統(tǒng)接地電阻為20 Ω，保證系統(tǒng)發(fā)生單相接地時能可靠跳開故障線路。

2 電網(wǎng)單相接地的故障分析

2.1 單相接地的故障分析

電網(wǎng)接線如圖1。

設(shè)在線路n發(fā)生A相接地故障，故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。

此時的故障復(fù)合序網(wǎng)為：

根據(jù)圖二的故障復(fù)合序網(wǎng)，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：綜合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1為線路單位長度的正序阻抗，XT1：變壓器正序阻抗，XS1：系統(tǒng)的正序阻抗。

Z∑2：綜合負(fù)序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2為線路單位長度的負(fù)序阻抗，XT2：變壓器負(fù)序阻抗，XS2：系統(tǒng)的負(fù)序阻抗。

Z∑0：綜合負(fù)序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0為線路單位長度的零序阻抗，XT0：變壓器零序阻抗。

在配電網(wǎng)中，可以認(rèn)為Z∑1=Z∑2。

則3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

實(shí)際系統(tǒng)的故障電流計(jì)算舉例

下面就某110 kV變電所2007年的系統(tǒng)參數(shù)為例，進(jìn)行簡單計(jì)算（計(jì)算取標(biāo)么值）

基準(zhǔn)值選?。?/p>

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

參數(shù)：在最小運(yùn)行方式下：系統(tǒng)阻抗XS1=0.25，

中性點(diǎn)接地電阻20 Ω，換算成標(biāo)么值4.5351。

主變：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分?jǐn)?shù)=12%，

則XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV線路采用鋁芯絕緣導(dǎo)線，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（標(biāo)么值）。

Z0=3Z1。

線路故障點(diǎn)離母線的線路長度為Lk。不同的Lk下對應(yīng)的故障電流如表1。

可見單相接地的故障電流隨故障點(diǎn)遠(yuǎn)近變化不大。

2.2 故障電流影響因素分析

仍以上面參數(shù)為例，當(dāng)Lk=5kM時：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可見（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）遠(yuǎn)小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），則單相接地的零序電流略小于EA/R。

可見單相接地的零序電流主要取決于中性點(diǎn)接地電阻的大小。

3 20 kV線路零序保護(hù)配置

3.1 保護(hù)配置的原則

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，故障電流較大，并有零序電流產(chǎn)生。因此線路保護(hù)應(yīng)配置零序過流保護(hù)，動作于跳閘。

3.2 零序電流的獲取

方法一：取自套在電纜上的穿芯式CT。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行和相間短路時，穿芯式CT無不平衡電流。

方法二：取自出線CT的自產(chǎn)零序電流（三相電流相加）。運(yùn)行特點(diǎn)：在正常運(yùn)行時存在三相CT的誤差引起不平衡電流；在相間故障時存在CT的飽和特性的差異引起的不平衡電流。

3.3 零序電流定值整定原則

在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障線路流過故障電流。非故障線路流過的零序電流為本線路的接地電容電流。因此：

3.3.1 對零序電流取自穿芯式CT的。

零序保護(hù)定值按躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，取1.25

IC：本線路的接地電容電流

3.3.2 對零序電流取自出線CT自產(chǎn)零序電流的。

零序保護(hù)定值按下面兩個條件整定，取較大值為整定值。

躲過本線路的接地電容電流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系數(shù)，可靠系數(shù)取1.25。

IC：本線路的接地電容電流

躲過配電變壓器低壓側(cè)三相短路流過本保護(hù)的最大不平衡電流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系數(shù)，取1.2～1.3

Ibp.max：配電變壓器低壓側(cè)三相短路最大不平衡電流

考慮線路經(jīng)高阻接地故障時保護(hù)的靈敏度，零序過流定值應(yīng)不大于300 A。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：線路的電容電流較小，20 kV電纜線路的電容電流按10 kV電纜的2～2.5倍考慮，約2 A～3 A/km，5 km的電纜線路電容電流約十幾安，遠(yuǎn)小于線路配電變壓器低壓側(cè)短路時流過保護(hù)的最大不平衡電流。因此按躲過線路的接地電容電流整定的零序過流保護(hù)定值可以整定的較低。

即零序電流取自穿芯式CT的定值可以整定的較低，相應(yīng)的對接地故障的靈敏度較高。

3.4 零序電流保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)

零序電流的靈敏度對線路末段金屬性接地故障的靈敏系數(shù)不小于1.5。

4 結(jié)語

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后，在單相接地時，產(chǎn)生零序電流（主要決定于中性點(diǎn)電阻）。因此線路保護(hù)配置應(yīng)增加零序過流保護(hù)，動作于跳閘。通過對零序電流的分析計(jì)算，合理整定零序電流定值，才能保證線路零序保護(hù)的正確動作，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 江蘇省電力公司編著.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2006.

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