10kV小電阻接地方式在線監(jiān)測研究

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快,當(dāng)前10kV電力系統(tǒng)正逐步進(jìn)行10kV小電阻接地方式改造工作。因此,10kV電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性相關(guān)研究也在不斷發(fā)展和優(yōu)化。近年來小電阻接地變誤動跳閘事故不斷增多,針對小電阻接地變的在線監(jiān)測技術(shù)卻尚未成熟。因此,完善小電阻接地系統(tǒng)接地保護(hù)配置方案,從接地變壓器原理上解決10kV小電阻接地方式在線監(jiān)測難題,對于提高10kV電力系統(tǒng)供電可靠性具有重要意義。

1小電阻接地系統(tǒng)

當(dāng)10kV電力系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)時,在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,接地點(diǎn)電流主要為系統(tǒng)電容電流,故障電流小。10kV電力系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地是通過人為增加一個接地點(diǎn),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,系統(tǒng)與大地通過故障點(diǎn)及小電阻接地變形成故障電流回路,可提高選線跳閘的可靠性,快速隔離故障,防止故障進(jìn)一步發(fā)展為兩相或三相短路接地。10kV小電阻接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時,流過接地變壓器的電流情況如圖1所示。

由于小電阻接地方式下的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,三相負(fù)載較為均衡,三相電容電流平衡,正常運(yùn)行狀態(tài)下一次側(cè)流過小電阻的零序電流很小,為系統(tǒng)電容電流。故障時流過接地變中性點(diǎn)的故障電流為:

小電阻接地系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下無法發(fā)現(xiàn)接地變中性點(diǎn)故障,只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,流過中性點(diǎn)大電流,才能發(fā)現(xiàn)接地變及中性點(diǎn)故障。當(dāng)此時中性點(diǎn)故障并未及時發(fā)現(xiàn)并消除時,可能導(dǎo)致接地變故障電流極大,影響設(shè)備安全,同時將引起聯(lián)跳母聯(lián)開關(guān)及主變變低開關(guān),造成10kV母線失壓。

2接地變壓器

Z型變壓器是常見的10kV接地系統(tǒng)采用接地變壓器。該型變壓器在目前電力系統(tǒng)運(yùn)行中可靠性較高,維護(hù)較為方便,該型變壓器將三相鐵芯柱每個芯柱上的繞組平均分為兩部分,三相繞組根據(jù)Z型變壓器連接成星型接線,如圖2所示。

由圖2可知,Z型變壓器繞組對于正序及負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗性,在每一個鐵芯柱上相反繞接原邊及副邊繞組,當(dāng)兩個繞組內(nèi)流過相同的電流即零序電流時,兩個繞組產(chǎn)生相互抵消的磁通,此時對于零序電流呈現(xiàn)低阻抗性。正常運(yùn)行狀態(tài)下,流過變壓器中性點(diǎn)的電流極小,難以發(fā)現(xiàn)接地變壓器小電阻及零序CT回路故障,目前在電力系統(tǒng)運(yùn)維中時有出現(xiàn)由于接地變壓器中性點(diǎn)發(fā)生直接接地故障或零序CT二次回路開路等故障,導(dǎo)致接地變過流保護(hù)動作跳閘或主變變低及母聯(lián)開關(guān)跳閘等情況。因此,采取合理的小電阻接地變及其回路在線監(jiān)測方案,及時發(fā)現(xiàn)并消除中性點(diǎn)接地電阻系統(tǒng)中接地變、接地電阻、零序互感器等部分的故障具有重要的實(shí)際意義。

3在線監(jiān)測方案分析

由圖2可知,當(dāng)解決了10kV系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下,流過10kV接地變副邊側(cè)小電阻零序電流難以采樣判斷是否正常運(yùn)行的問題,即可解決10kV小電阻接地方式在線監(jiān)測問題。因此,可修改接地變壓器三相繞組阻抗參數(shù),使得正常運(yùn)行方式下仍有可檢測的零序電流流過小電阻及零序CT。

具體方案如下:當(dāng)Z型變壓器三相存在不平衡阻抗,使得正常運(yùn)行情況下仍有滿足當(dāng)前零序CT檢測精度等級要求的正常運(yùn)行電流,同時當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,流過小電阻的故障電流仍滿足選線跳閘定值。為滿足可靠性要求,可進(jìn)一步優(yōu)化故障跳閘特點(diǎn),利用上下級保護(hù)之間的縱向配合及同級保護(hù)之間的橫向配合,設(shè)定反時限零序過電流保護(hù),提高保護(hù)靈敏度。

公式(2）～公式（5）中,iset1、iset2為小電阻在線監(jiān)測告警定值,iset3為小電阻在線監(jiān)測保護(hù)動作定值:當(dāng)正常運(yùn)行方式下流

過小電阻的零序電流為I1,通過零序CT采樣二次側(cè)電流i1,應(yīng)滿足以下要求:

（1）當(dāng)i1符合公式)1）定值情況:

此時裝置不發(fā)出任何信號,裝置判斷系統(tǒng)正常運(yùn)行,小電阻、零序CT及接地變正常。

（2）當(dāng)i1符合公式)2）及公式)3）定值情況:

此時裝置發(fā)出告警信號,裝置判斷零序CT或小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生異常情況,需要繼電保護(hù)運(yùn)維人員處理。

（3）當(dāng)i1滿足公式)2）定值要求:

此時裝置發(fā)出跳閘命令,裝置按照正常系統(tǒng)發(fā)生接地故障時整定的定值要求執(zhí)行跳閘命令。根據(jù)設(shè)定定值,向保護(hù)裝置、后臺及遠(yuǎn)動設(shè)備發(fā)送相應(yīng)告警信號或跳閘指令。

基于整定值可進(jìn)一步計(jì)算各相繞組阻抗,并設(shè)置接地變壓器參數(shù)。

4結(jié)語

本文在10kV小電阻接地系統(tǒng)基礎(chǔ)上,分析了小電阻接地系統(tǒng)及Z型接地變壓器基本原理,在現(xiàn)有Z型變壓器基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)了接地變壓器、接地電阻及零序CT等部分的在線監(jiān)測方案,保障接地變壓器及其裝置的可靠穩(wěn)定運(yùn)行,有利于及時發(fā)現(xiàn)故障,同時基于此方案可進(jìn)一步設(shè)計(jì)接地變壓器參數(shù)以及進(jìn)一步研究小電阻接地其他監(jiān)測手段。