小電阻接地方式對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響

閆 石

(深圳市機(jī)場(chǎng)(集團(tuán))有限公司， 廣東 深圳 518128)

0 引 言

采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式因有利于故障快速切除及降低接地故障過(guò)電壓等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于大量使用電纜的10～35 kV配電系統(tǒng)[1～4]。但主變10～35 kV側(cè)通常為d聯(lián)結(jié)，無(wú)法引出中性點(diǎn)，需要通過(guò)接地變?nèi)嗽熘行渣c(diǎn)接入小電阻后接地，此方式給變壓器差動(dòng)保護(hù)帶來(lái)一些影響。為解決該影響，采用對(duì)稱分量法進(jìn)行分析及電磁暫態(tài)仿真軟件(PSCAD/EMTDC)進(jìn)行仿真，并提出具體措施。

1 小電阻接地方式

接地變接入位置有2種：(1)接于主變d側(cè)引出線；(2)接于主變d側(cè)母線。接地變通常采用Z聯(lián)結(jié),如圖1所示，Z聯(lián)結(jié)是把每相繞組分成匝數(shù)相等的兩部分，一相的上半部分繞組與另一相的下半部分繞組反串組成一相，下半部分繞組的首端連在一起作為中性點(diǎn)引出。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，繞組僅流過(guò)勵(lì)磁電流，三相芯柱上的磁動(dòng)勢(shì)對(duì)稱，產(chǎn)生的主磁通在鐵芯中構(gòu)成回路，勵(lì)磁電抗很大。系統(tǒng)接地故障時(shí)，因每相芯柱上、下半部分繞組的零序電流方向相反，合成磁動(dòng)勢(shì)為零，故僅產(chǎn)生零序漏磁通，此時(shí)零序電抗相當(dāng)于漏抗。零序漏磁通只能通過(guò)非鐵磁材料構(gòu)成回路，零序阻抗小[5～8]。

圖1 Z聯(lián)結(jié)

2 區(qū)外單相接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作

2.1 接地變接于主變d側(cè)引出線

若差動(dòng)保護(hù)區(qū)外母線A相接地故障(圖2中K1處)，應(yīng)用對(duì)稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖3所示。

圖2 A相接地故障Ⅰ

圖3 母線A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅰ

(1)

主變Y側(cè)電流為

(2)

若差動(dòng)保護(hù)以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正，經(jīng)校正后的Y側(cè)電流為

(3)

差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流為

(4)

由式(4)可知，差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正Y側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時(shí)，差動(dòng)電流就是流經(jīng)接地變的零序電流，三相幅值相等，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。為避免區(qū)外單相接地故障導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，可采取d側(cè)過(guò)濾零序電流的措施，若差動(dòng)保護(hù)無(wú)此功能，則只能提高差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值。

若差動(dòng)保護(hù)以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行校正，經(jīng)校正后的d側(cè)電流為

(5)

Y側(cè)經(jīng)過(guò)濾零序電流后的電流為

(6)

差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流為

(7)

由式(7)可知，差動(dòng)保護(hù)采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正d側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

2.2 接地變接于主變d側(cè)母線

若差動(dòng)保護(hù)區(qū)外母線A相接地故障(圖4中K1處)，應(yīng)用對(duì)稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖5所示。

圖4 A相接地故障Ⅱ

圖5 母線A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅱ

主變d側(cè)電流為

(8)

主變Y側(cè)電流為

(9)

若差動(dòng)保護(hù)以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正，經(jīng)校正后的Y側(cè)電流為

(10)

差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流為

(11)

由式(11)可知，差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正Y側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

若差動(dòng)保護(hù)以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行校正，經(jīng)校正后的d側(cè)電流為

(12)

Y側(cè)經(jīng)過(guò)濾零序電流后的電流為

(13)

差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流為

(14)

由式(14)可知，差動(dòng)保護(hù)采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正d側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

3 區(qū)內(nèi)單相接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度

3.1 接地變接于主變d側(cè)引出線

若差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)A相接地故障(圖2中K2處)，應(yīng)用對(duì)稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 主變A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅰ

主變d側(cè)電流為

(15)

主變Y側(cè)電流為

(16)

若差動(dòng)保護(hù)采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行校正的方式，其差動(dòng)電流為

(17)

制動(dòng)電流為

(18)

若差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正的方式，其差動(dòng)電流為

(19)

制動(dòng)電流為

(20)

同理，若d側(cè)經(jīng)過(guò)濾零序電流，則其差動(dòng)電流為

(21)

制動(dòng)電流為

(22)

3.2 接地變接于主變d側(cè)母線

若差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)A相接地故障(圖4中K2處)，應(yīng)用對(duì)稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖7所示。

圖7 主變A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅱ

主變d側(cè)電流為

(23)

主變Y側(cè)電流為

(24)

若差動(dòng)保護(hù)采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行校正的方式，其差動(dòng)電流、制動(dòng)電流的形式與式(17)、(18)相同。

若差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正的方式，其差動(dòng)電流為

(25)

制動(dòng)電流為

(26)

差動(dòng)保護(hù)的靈敏度KIm為

(27)

式中:Iqd、Ir1、K1分別為差動(dòng)保護(hù)的起動(dòng)值、第一拐點(diǎn)電流、比率制動(dòng)曲線第一段折線的斜率。

4 仿真計(jì)算

采用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC進(jìn)行仿真計(jì)算，按某35 kV、10 kV供電系統(tǒng)參數(shù)分別設(shè)置，如表1和表2所示：

表1 35 kV供電系統(tǒng)參數(shù)

表2 某10 kV供電系統(tǒng)參數(shù)

考慮單相接地故障時(shí)接地電阻電流大于零序電容電流才能限制弧光接地過(guò)電壓，ZC0按1～4倍(ZT0+3R)設(shè)置，單相接地故障仿真結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，受系統(tǒng)容抗的影響，主變空載時(shí)的單相接地故障電流并不是最小。接地變接于主變d側(cè)引出線時(shí)，差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)， 校正Y側(cè)電流的方式， 考慮躲過(guò)區(qū)外單相接地故障時(shí)流過(guò)接地變的電流(可靠系數(shù)取1.5)，110/35 kV主變的差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值必須大于0.4Ie(Ie為主變額定電流)，110/10 kV主變的差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值必須大于0.06Ie。工程實(shí)踐中，通常Iqd取0.4Ie，Ir1取0.5Ie，K1取0.5，可滿足上述要求。差動(dòng)保護(hù)對(duì)單相接地故障的靈敏度如表4-6所示。

表3 用戶供電系統(tǒng)單相接地故障電流

表4 以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正

表5 以經(jīng)過(guò)濾零序分量的d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正

表6 以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)d側(cè)電流進(jìn)行校正

根據(jù)表3～6可知，對(duì)于10 kV供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流小于400 A時(shí)，無(wú)論接地變接于何處，差動(dòng)保護(hù)采用何種電流校正方式，差動(dòng)保護(hù)均無(wú)靈敏度。

對(duì)于35 kV供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流小于600 A，僅接地變接于主變d側(cè)母線，且差動(dòng)保護(hù)采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正的方式，能保證不小于1.5的靈敏度，其余方式無(wú)法保證靈敏度。

5 結(jié) 語(yǔ)

1)對(duì)于變壓器d側(cè)為小電阻接地系統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)，整定值計(jì)算時(shí)應(yīng)校驗(yàn)對(duì)d側(cè)區(qū)內(nèi)單相接地故障的靈敏度，并考慮受系統(tǒng)容抗影響可能出現(xiàn)的最小單相接地故障電流。

2)為保證差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器d側(cè)區(qū)內(nèi)單相接地故障的靈敏度，小電阻接地供電系統(tǒng)的單相接地故障電流不宜過(guò)小，DL/T584—2017規(guī)程建議以1 000 A 左右為宜。

3)優(yōu)先采用接地變接于主變d側(cè)母線，差動(dòng)保護(hù)以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對(duì)Y側(cè)電流進(jìn)行校正的方式較其他方式更易保證差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。

4)接地變接于主變d側(cè)引出線，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)采取過(guò)濾d側(cè)零序電流或提高差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值的措施以避免d側(cè)區(qū)外單相接地故障而導(dǎo)致的誤動(dòng)，采取的措施應(yīng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度影響最小。

5)考慮各地區(qū)運(yùn)行習(xí)慣不同，對(duì)單相接地故障電流的限制也不盡相同，無(wú)法保證差動(dòng)保護(hù)靈敏度的，只能由接地變零序電流保護(hù)聯(lián)跳延時(shí)切除故障。