配電網(wǎng)接地方式改造選型及計(jì)算

引言

10kV配電網(wǎng)以往采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式,單相接地故障電流僅為電網(wǎng)對(duì)地電容電流或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的殘流,一般控制在10A以內(nèi),允許帶接地故障運(yùn)行2h。但近年城區(qū)及工業(yè)城發(fā)展迅速,架空線路逐漸被電纜代替,配電網(wǎng)電容電流大幅增大,根據(jù)本區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃要求,配電網(wǎng)首選小電阻接地方式,本文通過(guò)對(duì)小電阻接地方式進(jìn)行分析研究,通過(guò)分析選型和計(jì)算,提出改造接地方式的設(shè)備參數(shù)。

1小電阻接地的運(yùn)行特性

1.1降低故障時(shí)配電網(wǎng)過(guò)電壓水平

配電網(wǎng)故障時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓隨著單相短路電流的增加而降低,采用消弧線圈接地或不接地系統(tǒng),非故障相工頻電壓升高為額定值的03倍,而經(jīng)小電阻接地,接地故障電流大幅增加,使故障時(shí)的中性點(diǎn)電壓小于相電壓,從而降低對(duì)電氣設(shè)備的絕緣要求,提高設(shè)備的壽命。

1.2提高配電網(wǎng)安全運(yùn)行水平

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相故障時(shí),小電阻接地故障電流較大,繼電保護(hù)可準(zhǔn)確判別故障電流,快速切除故障,降低單相故障發(fā)展為三相接地故障的概率,降低因電纜故障影響鄰近電纜線路的危險(xiǎn),同時(shí)也降低人身觸電風(fēng)險(xiǎn)。

2小電阻接地的繼電保護(hù)配置

2.1小電阻接地的單相短路電流

配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的單相接地短路電流一般控制在100～1000A。若電流過(guò)小則影響繼電保護(hù)的靈敏性,過(guò)大則會(huì)使非故障相的工頻諧振過(guò)電壓過(guò)高,且故障跨步電壓不滿足要求。江門(mén)地區(qū)小電阻系統(tǒng)統(tǒng)一選取的電阻值為103,可將單相接地故障電流控制在600A以下。

2.2繼電保護(hù)配置及定值

小電阻接地系統(tǒng)需要快速隔離故障線路,相間電流保護(hù)不能用作單相接地故障的保護(hù),因?yàn)轲伨€的負(fù)荷電流要遠(yuǎn)大于接地保護(hù)的動(dòng)作定值,饋線的三段式電流保護(hù)對(duì)單相接地故障V有靈敏沒(méi),各線路應(yīng)配置兩段零序電流保護(hù)功能。由零序保護(hù)可靠切除單相接地故障,按躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)不平衡電流設(shè)置保護(hù)定值。本區(qū)域均采用接地電阻為103的系統(tǒng),零序保護(hù)一次動(dòng)作值取50A:定值時(shí)間按變電站出線開(kāi)關(guān)0.6s,線路開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與變電站出線開(kāi)關(guān)零序電流保護(hù)時(shí)間配合,取值0.2～0.35s。其中分支線第一級(jí)分段斷路器時(shí)間取0.35s,第二級(jí)分段斷路器時(shí)間取0.2s。

3保護(hù)用電流互感器配置選型

3.1零序電流來(lái)源選擇

零序電流產(chǎn)生有兩種方法,一種為自產(chǎn)零序,但電流誤差較大,這是因?yàn)榕渚W(wǎng)多采用10P級(jí)電流互感器,當(dāng)采用三相互感器自產(chǎn)時(shí),綜合誤差可能達(dá)±30%,且當(dāng)正常負(fù)荷電流較大或相間故障時(shí),可能使零序保護(hù)誤動(dòng)作。另一種為采用外接零序互感器產(chǎn)生零序電流,僅在負(fù)荷電流不平衡時(shí)零序電流互感器中才感應(yīng)磁通存在,在正常運(yùn)行下和相間短路時(shí)均V有零序電流,因此現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下均優(yōu)先考慮增加零序電流互感器。

3.2零序電流互感器的參數(shù)選擇

10kV小電阻接地系統(tǒng)線路的接地保護(hù)是動(dòng)作于斷路器跳閘,必須采用保護(hù)準(zhǔn)確等級(jí)變比的電流互感器。

3.2.1零序電流互感器二次負(fù)載計(jì)算

配電網(wǎng)二次額定電流大部分為5A,本文取額定電流以5A為例,根據(jù)電網(wǎng)公司框架招標(biāo)技術(shù)協(xié)議,當(dāng)額定電流為5A時(shí),繼電保護(hù)裝置保護(hù)交流電流回路功率消耗要求不大于1VA/相,則:

式中,Rz為保護(hù)裝置及儀表二次阻抗,3:sz為保護(hù)裝置的額定功耗,VA:I為二次額定電流,A。

R1=(pL）/s=(1.75×10-8×15）/2.5×10-6=0.1053

式中,R1為二次電纜阻抗,3:p為導(dǎo)體電阻率,3·m:L為電纜長(zhǎng)度,m:s為電纜芯截面積,m2,按15m考慮計(jì)算。

式中,Z為二次回路總阻抗,3:Rc為CT繞組電阻,3,二次額定電流為5A時(shí),Rc取0.53:K1為連接導(dǎo)線阻抗換算系數(shù),單相短路時(shí)該系數(shù)取2:Kz為保護(hù)裝置阻抗換算系數(shù),單相短路時(shí)該系數(shù)取2:n為串聯(lián)保護(hù)裝置數(shù)量,取2。

3.2.2零序電流互感器的容量選擇

在額定頻率及額定負(fù)荷下,所選零序電流互感器的容量要與二次回路阻抗匹配,才能達(dá)到標(biāo)定的精度,所選二次容量過(guò)大時(shí)零序電流互感器在使用時(shí)將會(huì)出現(xiàn)正誤差,反之則會(huì)出現(xiàn)負(fù)誤差。

從3.2.1結(jié)果計(jì)算出二次容量與二次阻抗的關(guān)系:

式中,s為互感器二次容量,VA。

由上述計(jì)算結(jié)果,初步選用額定二次容量為20VA的零序電流互感器。

3.2.3零序電流互感器的飽和校核

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),電流互感器

通過(guò)電磁感應(yīng)的原理,將電力系統(tǒng)一次側(cè)的故障電流按照額定變比轉(zhuǎn)換成二次電流,但當(dāng)磁通量飽和的時(shí)候,互感器的勵(lì)磁電流將會(huì)變大,二次側(cè)的保護(hù)輸出電流會(huì)發(fā)生畸變,不能與一次側(cè)故障電流保持原有比例關(guān)系,此時(shí)為電流互感器的飽和狀態(tài),對(duì)保護(hù)裝置的正確動(dòng)作造成干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作,因此,選擇互感器參數(shù)后,需要再進(jìn)行飽和特性校核,看裕度是否滿足保護(hù)要求[4]?？紤]到本區(qū)域零序一次動(dòng)作電流通常整定為50A,可選擇變比為75/5或l00/5的零序互感器。下面選擇75/5變比、準(zhǔn)確等級(jí)為l0Pl0的互感器進(jìn)行校核,最大單相短路電流按600A進(jìn)行考慮。

(l）計(jì)算最大單相接地短路電流的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):Es=Iscmax/KnZ=600/75x5x0.79=3l.6V

式中,Iscmax為系統(tǒng)最大單相接地短路電流,A:Kn為零序互感器額定變比。

(2）計(jì)算該互感器的二次極限電動(dòng)勢(shì):

Ek=KaI(Rc+Rn）=KaI(Rc+sn/I2）=l0x5×(0.5+20/25）=65V式中,Ek為互感器額定二次極限電動(dòng)勢(shì),V:Ka為互感器準(zhǔn)確極限系數(shù):Rn為互感器額定二次荷載,0:sn為互感器額定容量,VA。

(3）計(jì)算該互感器的二次暫態(tài)系數(shù):Kt=Ek/Es=65/3l.6=2.06>2.0

式中,Kt為二次暫態(tài)系數(shù)。

互感器的飽和裕度大于2倍暫態(tài)系數(shù),互感器參數(shù)滿足選型要求。

3.2.4零序電流互感器型式的選擇

零序電流互感器有兩種型式,一種為分體式,用螺栓或箍帶將兩部分合在一起,分體式互感器由于螺絲的松緊影響其精度一般只能做到l0P級(jí)。另一種為整體式,檢測(cè)精度后再整體澆注,精度能做到5P級(jí)或更高級(jí)。整體式一般在保護(hù)精度要求較高的變電站內(nèi)使用。配電網(wǎng)零序互感器使用l0P級(jí)已經(jīng)可以滿足保護(hù)精度要求,采用分體式互感器方便安裝,在原有電纜上安裝不需要拆除電纜頭。

4結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行小電阻接地系統(tǒng)改造時(shí),線路保護(hù)需要配置兩段零序電流保護(hù),增加零序電流互感器,二次額定電流為5A的,選擇75/5、l0Pl0、20VA的開(kāi)口式互感器:二次額定電流為lA的,選擇75/l、l0Pl0、5VA的開(kāi)口式互感器,小電阻接地系統(tǒng)改造后可以快速隔離單相短路故障,提高配電網(wǎng)運(yùn)行安全性,是一種值得推廣的運(yùn)行方式。