變壓器ZN接線

1、城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)中接地變壓器零序保護(hù)接線方案作者：佚名|轉(zhuǎn)貼自：本站原創(chuàng)|點(diǎn)擊數(shù)：173 |更新時(shí)間：2005-4-6 |文 章錄入：xdxt 1引言隨著電力負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)，城市電網(wǎng)建設(shè)正如日中天。由于城市電網(wǎng)規(guī)模不 斷地?cái)U(kuò)建和延伸，受城區(qū)規(guī)劃、環(huán)保和場(chǎng)地等條件制約，市區(qū)變電所越來(lái)越多地 采用電纜饋線，以致10 kV系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流大幅度增加。為抑制單相接 地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值，一些大城市的10 kV電網(wǎng)開(kāi)始采用低阻接地（接地故障 電流約為400600 A）接線方式，以便當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，根據(jù)接地點(diǎn) 所在位置，由相應(yīng)零序保護(hù)有選擇性動(dòng)作將接地故障隔離，以防電孤重燃引

2、發(fā)過(guò) 電壓，保證電網(wǎng)中健全設(shè)備安全供電。通常城市變電所主變壓器（以下簡(jiǎn)稱主變） 10 kV側(cè)為三角形接線，無(wú)中性點(diǎn)引出，為能形成人為中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地， 需配置ZN型接線的接地變壓器（以下簡(jiǎn)稱曲折變）。本文就城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)中曲折變零序保護(hù)接線方案作些探 討。討論所依據(jù)的主接線圖中曲折變和所用變壓器分別設(shè)置，以減少曲折變的停 電幾率，保證10 kV接地系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；并假定系統(tǒng)發(fā)生金屬性直接接地，各 相參數(shù)對(duì)稱；同時(shí)忽略電纜饋線的電阻和絕緣泄漏電阻，接地故障時(shí)僅計(jì)及各段 10 kV系統(tǒng)單相等效電容對(duì)接地電流的影響。2 110 kV變電所中的曲折變零序保護(hù)2. 1 110 kV變電所

3、的10 kV電氣 主接線110 kV變電所的10 kV電氣主接線通常采用圖1單母線四分段接線，#1、 # 3主變低壓側(cè)不帶分支直接接于10 kV母線，# 2主變低壓側(cè)帶雙分支各接 一段10 kV母線。每臺(tái)主變10 kV引線上各設(shè)置1臺(tái)曲折變用于引接接地電阻。此主題相關(guān)圖片如下：2. 2曲折變零序保護(hù)方案曲折變的零序保護(hù)用于10 kV系統(tǒng)單相接地保護(hù)，按圖1中主變10 kV側(cè) 接線方式，可分為單分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù)和雙分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù) 兩種方案。2. 2. 1單分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù)方案單分支進(jìn)線的曲折變只需裝設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)，保護(hù)由接于曲折變中性線電 流互感器的過(guò)流繼電器構(gòu)成，其

4、動(dòng)作時(shí)限應(yīng)考慮與10 kV饋線的零序過(guò)流保護(hù) 相配合，保護(hù)動(dòng)作后以較短時(shí)限跳開(kāi)10 kV分段斷路器，并閉鎖備用電源自動(dòng) 投入裝置；第二時(shí)限跳開(kāi)主變低壓側(cè)斷路器(根據(jù)實(shí)際情況也可以不設(shè)這段時(shí) 限)；第三時(shí)限跳開(kāi)主變高、低壓側(cè)全部斷路器。此保護(hù)接線簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠， 能有效隔離故障。當(dāng)然如單相接地故障發(fā)生于圖1中主變低壓側(cè)及其引線k1處， 按理此時(shí)不必動(dòng)作10 kV分段斷路器及閉鎖備用電源自動(dòng)投入裝置，只要跳開(kāi) 主變高、低壓側(cè)斷路器已可將故障隔離，但為了簡(jiǎn)化保護(hù)，允許此處發(fā)生接地故 障時(shí)按母線接地等同處理。2. 2. 2雙分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù)方案對(duì)采用雙分支進(jìn)線的#2主變，其曲折變零序保護(hù)接線方

5、案討論如下：曲折變中性線零序過(guò)電流保護(hù)方案此方案沿襲當(dāng)前普遍通行的設(shè)計(jì)，保護(hù)接于曲折變中性線電流互感器，它與 單分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù)方案相同，當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障，保護(hù)以 較短時(shí)限同時(shí)動(dòng)作于A、B段分段斷路器跳閘，并閉鎖各段備用電源自動(dòng)投入裝 置；第二時(shí)限同時(shí)跳開(kāi)主變低壓側(cè)的A、B分支斷路器；第三時(shí)限跳開(kāi)主變高、 低壓側(cè)全部斷路器。眾所周知，#2主變10 kV側(cè)之所以分成A、B兩個(gè)分支 是為了提高對(duì)用戶供電的可靠性，即當(dāng)A段母線k2處發(fā)生接地故障或該段饋出 線接地且其保護(hù)或斷路器拒動(dòng)，只要求跳開(kāi)A段分段斷路器和分支斷路器并閉 鎖該段備用電源自動(dòng)投入裝置就可將故障隔離，勿需牽及B段設(shè)

6、備同時(shí)跳閘， #2主變可繼續(xù)保證對(duì)B段用戶供電。無(wú)疑作為雙分支進(jìn)線的曲折變零序保護(hù)， 本方案保護(hù)動(dòng)作方式不盡人意，沒(méi)有積極體現(xiàn)電氣主接線設(shè)計(jì)意圖，降低了對(duì)用 戶供電的可靠性。主變低壓側(cè)分支零序過(guò)電流保護(hù)方案此方案需在每一分支上裝設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)，接線也較簡(jiǎn)單，每段進(jìn)線的零 序過(guò)流繼電器分別接入主變低壓側(cè)各分支電流互感器零序電流接線。圖2畫出了 110 kV變電所中10 kV母線各處短路時(shí)的零序等值電路。圖中TAA、TAB分別表示由A、B分支電流互感器零序電流接線，RN為曲折變中性點(diǎn)接地電阻， CA、CB分別為10 kV各段饋電系統(tǒng)單相等效電容，U0為接地點(diǎn)的零序電壓， IRN為流經(jīng)曲折變的接地

7、電流，ICA、ICB分別為A、B各段饋電系統(tǒng)等效電容 提供的接地電流。如圖2（a）所示，當(dāng)A（或B）段k2處發(fā)生接地故障時(shí)，各分支TA中都有接 地故障電流通過(guò)，但電流數(shù)值大小不同。與接地故障段直接相連的A（或B）分支 TAA（或TAB）中流過(guò)的電流為流經(jīng)曲折變的接地故障電流IRN加上另一段饋電 系統(tǒng)的電容電流ICB（或ICA），與接地故障段不直接相連的B（或A）分支TAB（或 TAA）中流過(guò)的電流僅為本段饋電系統(tǒng)的電容電流ICB（或ICA），為使保護(hù)動(dòng)作 具有選擇性，顯然各分支零序過(guò)流保護(hù)整定電流應(yīng)大于本段饋電系統(tǒng)等效電容提 供的接地電流。然而當(dāng)圖2（b）中所示k3處發(fā)生接地故障，曲折變中通過(guò)

8、的接 地故障電流已不流經(jīng)任何分支電流互感器，各分支TA中流過(guò)的電流僅為本段饋 電系統(tǒng)的電容電流，根據(jù)以上整定原則，各分支的零序過(guò)電流保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)?？?知此保護(hù)接線原理存在缺陷，根本無(wú)法清除k3處的接地故障電流，事實(shí)上不能 采用。此主題相關(guān)圖片如下：3）零序電流方向保護(hù)方案進(jìn)一步分析圖2中的零序電流流向，可以看出流經(jīng)各分支的零序電流方向 將隨接地點(diǎn)的不同而改變。即當(dāng)k2處接地時(shí)，與接地故障處直接相連分支零序 電流方向指向10 kV母線，非直接相連分支的零序電流方向背離10 kV母線； 而當(dāng)k3處接地時(shí)，各分支的零序電流方向均背離10 kV母線。但無(wú)論何處接 地，曲折變中性線上總有接地電流通過(guò)且方

9、向不會(huì)改變。因此可采用圖3所示 邏輯構(gòu)成零序電流方向保護(hù)，其中零序電流I0采自曲折變中性線電流互感器， 零序方向P0A（或P0B）由各分支電流互感器零序電流接線的I0A（或I0B）和相 應(yīng)母線段的U0A（或U0B）產(chǎn)生，正方向指向各自10 kV母線。當(dāng)k2處發(fā)生接 地，與接地故障段直接相連分支的零序方向P0A以及曲折變中性線的零序電流 會(huì)同時(shí)動(dòng)作，經(jīng)“與門啟動(dòng)相關(guān)保護(hù)出口，動(dòng)作方式與單分支接線的曲折變零序 保護(hù)相同，但其動(dòng)作對(duì)象僅與故障段設(shè)備有關(guān)，不會(huì)擴(kuò)大故障停電范圍，主變?nèi)?能繼續(xù)對(duì)非故障段用戶供電。當(dāng)k3處發(fā)生接地時(shí)，因?yàn)楦鞫勿侂娤到y(tǒng)的電容電 流均由10 kV母線流向k3處，即A（或B）分

10、支中零序電流方向都反向，各段與 門均被閉鎖，但由于曲折變中性線零序過(guò)電流啟動(dòng)，經(jīng)t4延時(shí)后即可全跳變壓 器高、低壓各側(cè)斷路器將故障隔離，隨后各段母線備用電源自投裝置相繼動(dòng)作， 由相應(yīng)主變恢復(fù)對(duì)10 kV負(fù)荷供電，從而提高了對(duì)用戶供電的可靠性。此主題相關(guān)圖片如下：經(jīng)對(duì)以上各方案討論可知，為滿足繼電保護(hù)選擇性和可靠性要求，有效隔離接地 故障，當(dāng)主變低壓側(cè)為雙分支進(jìn)線時(shí)，推薦采用零序電流方向保護(hù)作為曲折變的 零序保護(hù)。3 220 kV變電所的曲折變零序保護(hù)3. 1 220 kV變電所的10 kV電氣主 接線220 kV變電所的10 kV電氣主接線見(jiàn)圖4?？紤]到不致因曲折變故障而影 響220 kV和1

11、10 kV系統(tǒng)運(yùn)行，220 kV變電所中曲折變接于10 kV母線段 而不從主變低壓側(cè)出線處引接。同時(shí)由于220 kV變電所每臺(tái)主變的10 kV母 線均分成A、B兩個(gè)半段，為保證任何工況下每臺(tái)主變只接一臺(tái)曲折變，即只允 許一個(gè)人為接地點(diǎn)運(yùn)行，曲折變按奇偶原則分別接于各自主變相對(duì)應(yīng)的10 kV 母線段上。此主題相關(guān)圖片如下：3.2 曲折變零序保護(hù)方案圖4中220 kV變電所各主變接線方式類同，各曲折變的零序保護(hù)方案基 本一致，故仍以#2主變?yōu)槔?。與前面討論過(guò)的110 kV主變低壓側(cè)為雙分支進(jìn) 線的曲折變零序保護(hù)一樣，若僅在曲折變中性線上裝設(shè)簡(jiǎn)單的零序過(guò)電流保護(hù)， 某些情況下當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)會(huì)擴(kuò)

12、大故障停電范圍，以致分段斷路器及相應(yīng) 的備用電源自動(dòng)投入裝置不能很好地發(fā)揮作用，從而降低了對(duì)用戶供電的可靠 性，因此原則上220 kV變電所的曲折變也需裝設(shè)零序電流方向保護(hù)。但因22 0 kV變電所和110 kV變電所的曲折變接線形式有所不同，對(duì)此還需作些討論。 圖5畫出了 220 kV變電所10 &側(cè)不同地點(diǎn)單相接地時(shí)的等值電路圖，其中 圖5(a)為未接曲折變的母線段單相接地等值電路，圖5(b)則是接有曲折變的母 線段單相接地等值電路，圖5(c)表示主變低壓側(cè)全分支電流互感器引線間單相 接地等值電路。圖中除TA0表示曲折變中性線上電流互感器外，其他文字標(biāo)注 與圖2相同。此主題相關(guān)圖片如下：依

13、據(jù)圖5,可將不同地點(diǎn)接地時(shí)流經(jīng)各電流互感器一次側(cè)的電流方向列表如表1。此主題相關(guān)圖片如下：由表1所示電流不難看出，只有10 kV母線發(fā)生接地且與接地段直接相連的分 支其零序電流才自母線端流出，其他情況分支的零序電流均從母線端流入。當(dāng)設(shè) 定零序電流自母線端流出的方向?yàn)檎?，則220 kV變電所曲折變的零序保護(hù)邏輯 與圖3中設(shè)計(jì)的邏輯完全一致。為進(jìn)一步闡明問(wèn)題，可用疊加原理將10 kV系 統(tǒng)接地時(shí)的等值電路分解成曲折變部分等值電路和10 kV系統(tǒng)電容部分等值電 路(見(jiàn)圖6。圖中用虛線表示110 kV主變的曲折變及其接地電流)。盡管220 k V主變和110 kV主變的曲折變接線位置有所不同，但圖6(

14、b)中流經(jīng)各自曲折 變中性線TA的接地電流情況相同，與接地處無(wú)關(guān)，且k1處接地時(shí)流經(jīng)接地段 分支TA的零序電流方向也相同(為了簡(jiǎn)化，圖中沒(méi)有畫出)；當(dāng)k2處接地，只 有110 kV主變的曲折變接地電流流經(jīng)接地段分支TA，方向自母線端流出，助 增了接地段分支零序方向啟動(dòng)；而k3處接地，則只有220 kV主變的曲折變接 地電流流經(jīng)分支TA，但其方向從母線端流入，有助于零序電流方向不動(dòng)作。所 以不論曲折變接于何處，曲折變的接地電流不會(huì)阻擾各分支零序電流方向正確動(dòng) 作。圖6(c)則與曲折變接入位置無(wú)關(guān)，但從圖中10 kV系統(tǒng)電容電流的流向可 知(圖中僅表示k1處接地的電容電流)，正是它主導(dǎo)了各分支的零

15、序電流方向。 故此220 kV主變和110 kV主變的曲折變零序電流方向保護(hù)邏輯完全相同。此主題相關(guān)圖片如下：總之，按圖3設(shè)計(jì)的保護(hù)邏輯方案動(dòng)作對(duì)象確切，不會(huì)擴(kuò)大事故停電范圍，能 較好地滿足用戶對(duì)供電質(zhì)量的要求，適用于220 kV或110 kV主變低壓側(cè)為雙 分支接線的曲折變零序保護(hù)。但目前制造廠尚無(wú)此相應(yīng)系列產(chǎn)品，對(duì)于微機(jī)系列 保護(hù)，用軟件實(shí)現(xiàn)上述邏輯并不困難，建議廠家積極開(kāi)發(fā)這一產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需 求。此外還需說(shuō)明，以上分析僅基于金屬性接地故障，在制造及運(yùn)行中應(yīng)考慮過(guò) 渡電阻等因素對(duì)零序電流方向的影響。另外，電流互感器斷線可能使零序電流方 向誤動(dòng)，因此尚需考慮電流互感器斷線閉鎖措施。4結(jié)論城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)的曲折變零序電流保護(hù)方案歸納如下：接于曲折變中性線電流互感器的零序過(guò)電流保護(hù)方案，接線簡(jiǎn)單，適用 于主變低壓側(cè)不帶分支(即單分支)接線的曲折變零序保護(hù)；為了避免10 kV系統(tǒng)單相接地時(shí)擴(kuò)大故障停電范圍，提高對(duì)用戶供電的 可靠性，110 kV變電所中當(dāng)主變低壓側(cè)采用雙分支接線時(shí)，推薦采用零序電流方向保護(hù)作為曲折變零序