35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻及接地變壓器設(shè)計(jì)選型

1、中性點(diǎn)接地電阻及接地變壓器選型方案深圳市華力特電氣股份有限公司一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及電容電流計(jì)算變電站總共上3臺(tái)的主變壓器，聯(lián)接組別 Y/A ,額定電壓110kV/35kV。35kV配電系統(tǒng)全部采 用電纜線路，根據(jù)變電站 35kV電纜線路型號(hào)及長(zhǎng)度計(jì)算系統(tǒng)電容電流如下：據(jù)喬工介紹：I、II、III段母線對(duì)應(yīng)的電容電流各為lc=50A,35kV側(cè)共有三段母線，三段母線都采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，因此三段母線應(yīng)考慮并列 運(yùn)行情況則系統(tǒng)總的對(duì)地電容電流為IcI+lcll+lcHI =50A+50A+50A=150A考慮以后用電負(fù)荷增加和遠(yuǎn)期發(fā)展及變電站其他設(shè)備的對(duì)地電容電流。系統(tǒng)總的電容電流取150A*

2、1.2=180A。二、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式優(yōu)點(diǎn)變電站35KV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的主要目的是限制系統(tǒng)過電壓水平和單相接地 故障情況下實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確選線。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的兩個(gè)最主要優(yōu)點(diǎn)即是：（1）有效限制系統(tǒng)各種過電壓，特別是對(duì)間歇性弧光接地過電壓水平的限制；（2）利用大的接地故障電流，解決選線難，達(dá)到準(zhǔn)確快速選線切除故障線路的目的。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式特別適用于電纜線路為主的配電網(wǎng)，大型工礦企業(yè)、機(jī)場(chǎng)、港口、地鐵、鋼鐵等重要電力用戶，以及發(fā)電廠發(fā)電機(jī)和廠用電系統(tǒng)。其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：1 ）降低工頻過電壓，非故障相電壓升高小于騒倍；2）有效限制間歇性弧光接地過電壓；3）消除諧振過電壓；

3、降低各種操作過電壓；4）可準(zhǔn)確判斷并及時(shí)切除故障線路；5 ）系統(tǒng)承受過電壓水平低，時(shí)間短；可適當(dāng)降低設(shè)備的絕緣水平，提高系統(tǒng)設(shè)備的使用壽 命，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。6）有利于具有優(yōu)良伏秒特性的氧化鋅避雷器MOA的應(yīng)用，降低雷電過電壓水平；適用于系統(tǒng)以后擴(kuò)容及對(duì)地電容電流大范圍變化情況，電阻不需要調(diào)節(jié)；設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠，投資少、壽命長(zhǎng)。三、中性點(diǎn)接地電阻選型中性點(diǎn)接地電阻的選型主要依據(jù)系統(tǒng)總的電容電流選取。采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí)，電阻值的選取必須根據(jù)電網(wǎng)的具體情況，應(yīng)綜合考慮限制過電壓倍數(shù)，繼電保護(hù)的靈敏度，對(duì)通信的影響，人身安全等因素。變電站35KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地電阻選擇 33.7 Q,即發(fā)生單

4、相接地故障時(shí)流過電阻的額定電 流Ir=600A，電阻器額定通流時(shí)間按 10秒考慮。其選擇依據(jù)為：- 從降低配電網(wǎng)過電壓水平考慮：R=35x1000V屈600A中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式可以降低配電系統(tǒng)的弧光接地過電壓水平，從而保證配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)構(gòu)做的 EMTP程序計(jì)算、過電壓模擬裝置的實(shí)際模擬及各地 區(qū)局運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，弧光接地過電壓水平隨著電阻的額定通流Ir增加而降低，lc為系統(tǒng)電容電流。即：當(dāng)Ir Ic時(shí)，過電壓水平可降到 2.5PU以下；當(dāng)Ir 2lc時(shí)，過電壓水平可降到 2.2PU以下；當(dāng)Ir4lc時(shí)，過電壓水平可降到 2.0 PU以下； 但當(dāng)IR>4lc時(shí)，

5、降低過電壓的作用已不明顯。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中的內(nèi)部過電壓，主要指健全相的工頻過電壓。其電弧接地過電壓， 通常由于Rn的存在而被限制在較低水平。這是因?yàn)殡娀∪枷ㄟ^程中系統(tǒng)的多余電荷，在從 電弧熄滅到重燃的半個(gè)工頻周期內(nèi)被Rn泄放掉。當(dāng)Rn< (12) /3® C時(shí)，過電壓一般不大于相電壓的2.1倍。經(jīng)推導(dǎo)可得健全相電壓升高值與故障相電壓Ua的比值Kb、Kc如下：Kb=Ub/ Ua=(32)*(1)Kc=Uc/ Ua=(3/2)*. (2)給出不同的Ir/ lc值，即可算出相應(yīng)的Ub/Ua或Uc/Ua的比值。針對(duì)此變電站項(xiàng)目，3= Ir/ lc=600A/180A=3.33,代

6、入上式可得：Kb= Kc=1.58PU綜述，當(dāng)Ir=4 lc時(shí)，可以將系統(tǒng)的間歇性弧光接地過電壓水平限制在2.0倍的相電壓以內(nèi)，同時(shí)能夠?qū)⑾到y(tǒng)的工頻過電壓水平限制在1.58倍的相電壓以內(nèi)。 從保護(hù)整定考慮：當(dāng)35kV配電網(wǎng)某一條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障電流按如下公式計(jì)算ljd=.: ', 10為故障電纜本身的電容電流，與整個(gè)系統(tǒng)總的電容電流(lc)相比計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。故巾=二-一l.'-=626.4A從保證繼電保護(hù)靈敏度考慮，電阻值越小即流過電阻的電流越大越好。目前的微機(jī)保護(hù)一般都有零序保護(hù)功能，且啟動(dòng)的電流值相當(dāng)小，單相接地故障電流遠(yuǎn)大于每條線路的對(duì)地電容 電流，

7、一般都能滿足零序保護(hù)的靈敏度要求。按照所選的電阻值，當(dāng)過渡電阻不是很大時(shí)，保護(hù)靈敏度完全能夠滿足要求。 對(duì)通信影響從降低對(duì)通信的干擾考慮，流過電阻的電流不宜選的過大。我國(guó)四部協(xié)議規(guī)定，如通信電纜與大地間未裝放電器時(shí)，危險(xiǎn)影響電壓不得大于430V,對(duì)高可靠線路，不大于 630V。目前35kV選用電阻電流中，深圳地鐵、廣州地鐵及沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線沿線取600A等，產(chǎn)品投運(yùn)后均未發(fā)現(xiàn)對(duì)通信線路造成任何影響。同時(shí)上海供電局在對(duì)35kV電阻接地系統(tǒng)做的單相接地模擬試驗(yàn)中，即使電阻電流達(dá)到1000A,對(duì)通信線路的危險(xiǎn)影響電壓也在四部協(xié)議規(guī)定的范 圍之內(nèi)。參考以上地區(qū)的選型和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為選擇電阻電流600

8、A是完全能夠避免對(duì)通信線路的干擾。 從人身安全考慮從人身安全考慮，中性點(diǎn)接地電阻的通流越小越好。因?yàn)橹行渣c(diǎn)經(jīng)低電阻接地在發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過故障點(diǎn)的接地短路電流比較大，引起故障點(diǎn)地電位升高，有可能造成跨步電壓，接觸電勢(shì)超過允許值。因此在選擇電阻值時(shí)，應(yīng)根據(jù)地網(wǎng)接地電阻，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，接地短路電流核算跨步電壓和接觸電勢(shì)是否超過規(guī)程。根據(jù)北京、天津、上海、南京、無錫、 廣州、深圳等大中城市運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并未發(fā)現(xiàn)因采用電阻接地方式而造成跨步電壓和接觸電勢(shì)過高引起人身傷亡事故。因此選擇電阻額定通流 600A是比較合適的。四、接地變壓器的原理、特點(diǎn)和容量選擇4.1接地變壓器的接線原理當(dāng)主變壓器配電電壓側(cè)

9、為三角形接線或?yàn)樾切徒泳€而中性點(diǎn)不能引出時(shí)，必須用一個(gè)Z型接線的接地變壓器人為地制造一個(gè)中性點(diǎn)，中性點(diǎn)接地電阻接入接地變地中性點(diǎn)，如附圖所示：兩段繞組極性相反，三相繞組按Z形連接法Z型接地變壓器地特點(diǎn)如下： 將三相鐵心的每個(gè)芯柱上的繞組平均分為兩段, 接成星型接線。Z型接地變壓器的電磁特性是：對(duì)正序、負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗（相當(dāng)于激磁阻抗），繞組中只流過很小的激磁電流；由于每個(gè)鐵心柱上兩段繞組繞向相反，同芯柱上兩繞組流過相等的零序電流時(shí)，兩繞組產(chǎn)生的磁通互相抵消，所以對(duì)零序電流呈現(xiàn)低阻抗（相當(dāng)于漏抗），零序電流在繞組上的壓降很小。4.2接地變壓器的容量選擇接地變?nèi)萘康倪x擇依據(jù) IEEE-C62.9

10、2.3標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地變壓器 10秒過載系數(shù)為額定容 量的10.5倍，因此可首先計(jì)算出 10秒情況下接地變的容量，然后按 10秒允許過載倍數(shù)折 算為連續(xù)運(yùn)行的額定容量。計(jì)算過程 已知條件：系統(tǒng)額定電壓：Un = 35kV系統(tǒng)額定相電壓： 5 = 20.2kV電阻器短時(shí)允許通流：I 10秒=600A標(biāo)稱電阻值：Rn = 33.7 Q短時(shí)通流時(shí)間：10秒接地變的10秒短時(shí)運(yùn)行容量S10 秒=3*U *110 秒/3= 3*20.2*600/ 3 = 12120kVA10.5為10秒內(nèi)過載倍數(shù)將10秒短時(shí)運(yùn)行容量折算為連續(xù)運(yùn)行時(shí)的額定容量SN= S10 秒/10.5 = 12120/10.5 =

11、 1154kVA 取 1200kVA容量選擇此種方法是根據(jù)變壓器的允許過載倍數(shù)進(jìn)行選擇的，已考慮了變壓器的可靠系數(shù)，這里無需再重復(fù)考慮可靠系數(shù)，所以選擇額定容量為 靠運(yùn)行的。因此，接地變型號(hào)：DKSC-1200KVA35KV五、零序CT的配置及零序保護(hù)整定的原則5.1概述采用定時(shí)限零序過電流保護(hù)或單相接地方向保護(hù)， 實(shí)現(xiàn)有選擇性的斷開故障線路。1200KVA的接地變壓器是完全可以接地安全可如果需要帶低壓負(fù)載（例如400kVA），則變 壓 器 容 量 為S120滬 十40滬=1250kVA零序保護(hù)方式可以準(zhǔn)確判斷出故障線路，5.2零序電流互感器的配置 采用專用的零序電流互感器；5.3單相接地故障

12、零序保護(hù)的配置每條饋線首端配置限時(shí)零序電流保護(hù)；主變低壓側(cè)進(jìn)線間隔裝設(shè)反映單相接地故障的零序保護(hù)，作為母線單相接地故障的主保護(hù)和饋線單相接地的后備保護(hù)；5.4零序電流保護(hù)的一次動(dòng)作電流7.14A左右（假設(shè)21條出線），因此建議各饋線5.4.1饋電線路單相接地保護(hù)的一次動(dòng)作電流均按躲過被保護(hù)線路本身的單相接地電容電流 進(jìn)行整定：ldz1 = KK*l c1Idz1保護(hù)裝置的依次動(dòng)作廿流.Kk可靠系數(shù)；8.4Ic1被保護(hù)線路本身單相接地電容電流。 變電站35kV系統(tǒng)各條饋線的電容電流均在接地保護(hù)動(dòng)作電流按：Idz1= KK* Ic1= 60A （該值選取應(yīng)考慮：a、要躲過電容電流最大的饋電 線路的

13、電流；b、保護(hù)動(dòng)作的靈敏性；c、躲過中性點(diǎn)偏移電流防止誤動(dòng)操作）建議采用零序過電流保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限采用0.5秒。零序電流互感器參數(shù)：300/5A, 10P10, 20VA。六、FM160-1A智能型中性點(diǎn)接地電阻監(jiān)測(cè)裝置FM160-1A智能型監(jiān)測(cè)裝置是應(yīng)用于中性點(diǎn)電阻柜運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的輔助裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電阻柜正常工作時(shí)額定通流、阻值、柜內(nèi)環(huán)境的溫度；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可迅速記錄接地故障電流大小、電阻阻值、接地時(shí)間、柜內(nèi)溫度變化等；同時(shí)預(yù)留通訊接口，可將檢測(cè)、 記錄的信息傳遞至主控室或微機(jī)單元，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。它集數(shù)據(jù)采集、控制、告警功能于一身，具有中性點(diǎn)電阻電流監(jiān)測(cè)、電壓監(jiān)測(cè)、鉑電阻輸入 溫度，紅外輸入溫度監(jiān)測(cè)、3路繼電器輸出，提供通訊接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，支持RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議。建議在條件適宜的情況下采用，更好的監(jiān)測(cè)中性點(diǎn)電阻柜的運(yùn)行狀態(tài)。七、設(shè)備選型此變電站采用經(jīng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻