高廠變中性點低阻接地回路計算分析

巨民尚

（中國電建集團江西省電力建設(shè)有限公司，江西 南昌 330009）

1 引言

電力系統(tǒng)中變壓器中性點接地方式是一個綜合性、系統(tǒng)性的問題，接地方式如何，直接影響到電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平、電器設(shè)備的絕緣強度、斷路器開斷容量、變壓器中性點絕緣水平以及變壓器的制造等。目前，變壓器中性點接地方式主要有不接地、直接接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地4 種方式。本文對某電廠高廠變中性點低阻接地回路做了具體地繼電保護計算，結(jié)合該電廠某次事故接地保護動作情況，進一步分析具體接地方式對繼電保護配置的要求[1-3]。

文中電廠為典型的一機一變單元接線結(jié)構(gòu)，發(fā)電機出口電壓15.75 kV，主變高壓側(cè)電壓110 kV，發(fā)電機出口不裝設(shè)斷路器，發(fā)電機、主變、高廠變、勵磁變間通過封閉母線連接，高廠變接線組別為Dyn1 型，高廠變低壓側(cè)分兩支路分別接入廠用10 kV 工作段和備用段，高廠變中性點通過接地電阻柜接地。

2 計算用設(shè)備參數(shù)表及系統(tǒng)圖

（1）設(shè)備參數(shù)

計算用典型實例主設(shè)備詳細參數(shù)見表1~表4。

表2 主變參數(shù)

表3 高廠變參數(shù)

表4 高廠變中性點接地電阻柜參數(shù)

（2）系統(tǒng)圖

圖1 計算用一次系統(tǒng)

3 接地電流計算分析

高廠變中性點接地保護計算根據(jù)上文給出的系統(tǒng)圖、設(shè)備參數(shù)、廠家測試報告等進行計算，計算主要依據(jù)的標準如下：

GB/T 14285-2016 繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程。

DL/T 684-2012 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則。

DL/T 1502-2016 廠用電繼電保護整定計算導(dǎo)則。

本文高廠變中性點接地保護計算主要包括如下5 個方面內(nèi)容：

（1）計算中性點單相接地電流3IO。

（2）計算高廠變保護低壓側(cè)零序電流。

（3）計算高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保進線分支零序電流。

（4）計算高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保廠變分支零序電流。

（5）計算確定10 kV 綜保其他負荷分支零序電流。

3.1 接地電流3IO 計算

計算基準容量：SJ=1 000 MVA

計算基準電壓：UJ=10.5 kV

高廠變高壓側(cè)近似為無窮大系統(tǒng)。

根據(jù)高廠變出廠試驗測量得變壓器零序阻抗值ZO=0.43 Ω（供電端子abc-o）

其中ZO=0.43 Ω

將ZO、SJ、UJ值帶入（1）式中

高廠變正序阻抗標幺值

其中Ud%=10.5（高廠變阻抗電壓百分數(shù)）

將Ud%、SJ、SB值帶入（2）式中

高廠變負序阻抗標幺值Z2=Z1=4.2

根據(jù)復(fù)合序網(wǎng)圖可計算得到高廠變低壓側(cè)10 kV 母線單相接地電流3IO。

其中Z1=4.2

ZR為高廠變中性點接地電阻值9.229

IJ為10 kV 系統(tǒng)基準電流值

將IJ值、ZO*值、Z2值、Z1值、3ZR*值帶入3IO計算式（3）中。

3.2 高廠變保護低壓側(cè)零序電流計算

高廠變低壓側(cè)單相接地電流計算值為626.24 A，低壓側(cè)零序電流動作值取35%（3IO），即3IO×（35%）=219.18 A。

計算二次值為219.18/nct=219.18/150=1.46 A。

設(shè)定延時一般取0.3 s 跳高廠變低壓側(cè)開關(guān)，0.5 s 延時停機。

3.3 高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保進線分支零序電流計算

10 kV 進線分支保護靈敏度系數(shù)一般取5，零序電流動作值為626.24/5=125.25 A。

計算二次值為125.25/nct=125.25/50=2.5 A，考慮與高廠變零流保護的配合，高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保進線分支零序延時取0.6 s，定值延時大于高廠變低壓側(cè)零序保護延時值。

3.4 高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保廠變分支零序電流計算

10 kV 廠變分支保護靈敏度系數(shù)一般取5，零序電流動作值為626.24/5=125.25 A。

計算二次值為125.25/nct=125.25/50=2.5 A，考慮與高廠變零流保護及廠變分支零序保護的配合，高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保廠變分支零序延時取0.1 s，定值延時小于高廠變低壓側(cè)零流保護延時。

3.5 10 kV 綜保其他負荷分支零序過流定值

10 kV 其他負荷分支零序過流定值與高廠變低壓側(cè)10 kV 廠變分支零序過流定值相同。

4 計算值與保護實際動作值比較分析

2023 年4 月30 日04：05：00，由于高廠變低壓側(cè)10 kV 進線柜內(nèi)鼠患原因機組跳閘停機，根據(jù)保護柜歷史動作報告記錄表5 可知，在04：05：00.319 高廠變低壓側(cè)零流1 段動作，隨后04：05：00.358 時高廠變差動速斷B 相動作，04：05：00.673 時10 kV 進線分支速斷過流動作。

表5 保護柜歷史記錄

保護動作時高廠變保護低壓側(cè)零序電流記錄值為3IO=2.016 A，折合到一次值為150×2.016=302.4 A，通過與計算值比較，可以看出，廠用系統(tǒng)實際接地故障電流302.4 A 小于626.24 A 計算電流，這與接地瞬間接地類別有關(guān)，而且實際接地故障電流要考慮負荷電纜、電機繞組及弧光電阻阻抗等因素的影響。

另外，保護柜動作報告記錄顯示，高廠變低壓側(cè)零流保護可靠動作后，高廠變差動速斷B 相動作，說明低阻接地系統(tǒng)的零序過流保護動作正確率比較高，在發(fā)生單相接地故障時，單相接地故障電流遠大于每條線路的對地電容電流，一般都能保證零序過流保護的靈敏度要求。

從計算結(jié)果判斷，高廠變中性點626.24 A 的接地電流將在故障點引燃電弧，嚴重損壞故障點的絕緣，且不能自然熄弧，系統(tǒng)不能長時間帶接地點故障運行，因此，理論計算要求高廠變低壓側(cè)各分支開關(guān)均需配置出口跳閘的零序過流保護，本文所列舉電廠的10 kV 開關(guān)均予以了配置。考慮零序過流保護的選擇性，一般負荷開關(guān)綜保延時出口時間較短（本文實例中取0.1 s），高廠變低壓側(cè)零流保護延時出口時間較長（本文實例中取0.3 s），高廠變低壓側(cè)10 kV進線分支綜保零流延時出口時間較長（本文實例中取0.6 s）。

5 結(jié)語

與變壓器中性點高阻接地系統(tǒng)相比，中性點低阻接地系統(tǒng)故障點的單相接地短路電流增幅較大，故障時對故障設(shè)備的損害較大。同時較大的接地短路電流引起故障點地電位升高，有可能造成瞬間過電壓超過允許值。

另外，中性點接地電阻限制弧光接地過電壓的原理是電阻的耗能作用，中性點的電阻阻值越小，限制弧光接地過電壓能力越強，為了將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制到較低水平，防止單相接地故障時非故障相電纜在暫態(tài)過電壓作用下絕緣擊穿，換言之，為了避免單相接地故障發(fā)展成相間故障，變壓器中性點接地必須選擇低阻接地。