武 瓊 曹永進(jìn) 唐其筠 左 軍 王新銘

（國(guó)網(wǎng)天津城南供電公司，天津 300201）

配網(wǎng)小電阻接地改造二次常見問題分析

武 瓊 曹永進(jìn) 唐其筠 左 軍 王新銘

（國(guó)網(wǎng)天津城南供電公司，天津 300201）

本文以天津裕盛35kV變電站小電阻接地改造工程為例，對(duì)二次保護(hù)中常見問題進(jìn)行歸納研究，分析 Y/△-11接線的變壓器△側(cè)發(fā)生區(qū)外短路對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)的影響，明確提出雙纜接線零序CT（電流互感器）并聯(lián)、電纜一次屏蔽線對(duì)零序CT的安裝要求，為今后小電阻接地改造提供運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

小電阻接地；差動(dòng)保護(hù)；雙纜；屏蔽線

6～35kV配電網(wǎng)廣泛使用電纜使得電網(wǎng)對(duì)地電容電流大大增加，非故障相電壓升高，一次設(shè)備易因過電壓而損壞［1-3］?！短旖蚴须娏倦娋W(wǎng)技術(shù)改造原則》規(guī)定“以架空或電纜、架空線路構(gòu)成的混合配電系統(tǒng)，當(dāng)一臺(tái)主變終期規(guī)模所帶母線單相接地故障電容電流超過100A時(shí)（含35kV系統(tǒng)及10kV系統(tǒng)），應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式?！倍冸娬镜蛪簜?cè)多為△接線，無直接接地點(diǎn)，為此一般利用Z型變壓器作為接地變，人為引出接地點(diǎn)，再通過小電阻接地［4-5］。小電阻接地改造需對(duì)原保護(hù)方案和二次設(shè)備重新配置，增加相應(yīng)的零序電流保護(hù)和零序CT，零序電流采自專有零序CT或三相CT，零序電流取得方式、零序 CT的變比及電纜一次屏蔽線的接地位置等問題將影響保護(hù)動(dòng)作可靠性。以天津裕盛 35kV變電站小電阻改造工程為例，分析小電阻接地對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)影響及對(duì)零序 CT的安裝要求，總結(jié)二次設(shè)備改造需要注意的問題和解決方案。

1　接地故障對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)影響

1.1Z型變結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

中性點(diǎn)小電阻接地裝置主要由Z型變、小電阻等設(shè)備構(gòu)成。裕盛35kV變電站因Z型變兼做站用變，二次繞組接成Y型，為全站提供交流電源。如圖1所示，Z型變每個(gè)磁柱上的繞組被平均分為兩部分，當(dāng)三相對(duì)稱電流流過繞組，Z型變每個(gè)磁柱的磁勢(shì)是該磁柱不同相的兩繞組磁勢(shì)的相量和，三個(gè)鐵心柱上的磁勢(shì)對(duì)稱彼此形成回路，因而磁通量大，呈現(xiàn)很大的阻抗（相當(dāng)于激磁阻抗），繞組中只流過很小的激磁電流；當(dāng)對(duì)Z型變加入三相零序電流時(shí)，由于每個(gè)磁柱上的兩相繞組彼此極性相反，產(chǎn)生的磁通互相抵消，磁柱內(nèi)磁通量很小，因而 Z型變呈現(xiàn)的零序阻抗（相當(dāng)于漏抗）也小。綜上所述，Z型變對(duì)正序、負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)零序電流呈現(xiàn)低阻抗。

圖1　Z型變繞組接線圖

1.2單相接地對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響

該站主變采用 Y/△-11接線形式，設(shè)單相接地系統(tǒng)正序阻抗為Z1，負(fù)序阻抗為Z2，零序阻抗為Z0，接地電阻為R，由等效序網(wǎng)法［6-7］求得發(fā)生A相接地故障時(shí)的序電流為

流入低壓側(cè)CT的三相電流為

流入高壓側(cè)CT的三相電流為

裕盛 35kV變電站使用的主變差動(dòng)保護(hù)裝置為南瑞科技NSR691RF，該裝置采用→△變化調(diào)整差流平衡，其補(bǔ)償方式為

差動(dòng)電流為

采用標(biāo)幺值計(jì)算可以不用考慮平衡系數(shù)的影響，當(dāng)發(fā)生區(qū)外單相短路接地時(shí)，高壓側(cè) CT和低壓側(cè)CT流過電流相反，將式（3）代入式（4），將所得結(jié)果和式（2）再代入式（5），因此三相差流用標(biāo)幺值表示為

由上述分析知，發(fā)生接地故障時(shí)，△側(cè)線圈隔斷了零序電流從△側(cè)流向側(cè)的通道，因此側(cè)CT感受不到零序電流，這是產(chǎn)生差流的根本原因。因此為了確保發(fā)生區(qū)外接地故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置不誤動(dòng)，可以將△側(cè)電流消去零序電流，此時(shí)△側(cè)電流為

如果IA0大于差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值，在發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，保護(hù)裝置就有誤動(dòng)的可能。

1.3解決方案

2　雙纜零序CT并聯(lián)

2.1對(duì)二次回路精度的影響

在裕盛 10kV出線的開關(guān)柜里，設(shè)計(jì)將兩回出線零序 CT并接，然后接于同一保護(hù)裝置。只要任意一回出線過流，都能在對(duì)應(yīng) CT中感應(yīng)出二次電流啟動(dòng)保護(hù)，作用于出線開關(guān)并將兩回出線一并切除。圖2所示的是并聯(lián)零序CT的等效電路圖，現(xiàn)在分析當(dāng)一回線發(fā)生故障時(shí)對(duì)二次電流精度的影響。

圖2　并聯(lián)零序CT等效電路圖

若a支路故障，其中I1a、I1b是CT折算到二次側(cè)的一次電流，Z2ta、Z2tb是CT的二次漏抗，Zma、Zmb是CT的勵(lì)磁阻抗，ZL是二次回路的負(fù)載阻抗。假設(shè)兩回線CT型號(hào)相同，且不考慮CT飽和的影響，則

式（8）由于只有a支路故障，b支路正常，因此I1b≈0

由節(jié)點(diǎn)電壓法，可求得

式（9）將式（8）代入式（9）可以得到二次回路電流：

由于b支路的分流，進(jìn)入保護(hù)裝置的二次回路電流 IL＜I1a，在相同容量和一次額定電流情況下，零序CT變比越大，其勵(lì)磁阻抗Zm越大，分流作用越小，相對(duì)誤差 越小，裝置測(cè)量的精度越高。

2.2解決方案

由上述分析可知，當(dāng)線路是雙纜饋線，存在零序 CT并聯(lián)接入情況時(shí)，一回線路短路故障時(shí)，非故障線路零序 CT將對(duì)故障電流產(chǎn)生分流作用，使保護(hù)裝置的實(shí)測(cè)電流減小，為了減小二次回路測(cè)量誤差，在滿足二次負(fù)載容量情況下，應(yīng)盡量選擇變比較大的零序 CT，在初設(shè)選型時(shí)，600/5和 400/5兩種CT均滿足開關(guān)柜內(nèi)安裝要求和二次負(fù)載容量，現(xiàn)場(chǎng)最終選擇600/5零序CT，以提高雙纜接線保護(hù)裝置的動(dòng)作靈敏度和可靠性。

3　一次屏蔽線接地位置

3.1零序電流取得方式

小電阻零序電流有兩種取得方式，即通過三相電流互感器合成方式和直接通過零序電流取得方式。前者對(duì)保護(hù)裝置來說，零序電流為“自產(chǎn)零流”，后者的零序電流為“外接零流”。

零序電流互感器較靈敏，不平衡電流較小，但易于飽和，傳變誤差較大；而相電流互感器由于CT二次阻抗值不平衡，三相特性不一致，靈敏度稍差，不平衡電流也較大，但線性范圍大，不易飽和，傳變誤差較小。因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，在零序保護(hù)較靈敏的一級(jí)，宜使用靈敏度較高的專用零序互感器；反之，在零序電流數(shù)值變化很大，常規(guī)零序互感器較易飽和的情況下，宜使用線性范圍較大的相電流互感器，前提是相應(yīng)保護(hù)具有在內(nèi)部合成零序電流的功能。因此，裕盛變電站變壓器后備保護(hù)和充電保護(hù)使用的是三相電流互感器，小電阻零序保護(hù)、線路零序保護(hù)使用的是專用零序互感器。

3.2電纜屏蔽線安裝位置要求

如上所述，線路零序電流通過專用零序 CT取得，現(xiàn)場(chǎng)中常出現(xiàn)電纜屏蔽線（也稱“一次小辮”）安裝位置錯(cuò)誤造成零序保護(hù)拒動(dòng)的情況。常見的一次小辮的錯(cuò)誤安裝方式如圖3所示。

圖3　一次小辮的錯(cuò)誤安裝方式

當(dāng)電纜 A相接地時(shí)，故障電流為 IKA，由于一次小辮只穿過零序 CT一次，接地位置和實(shí)際故障發(fā)生位置在零序 CT的兩側(cè)，因此對(duì)零序電流存在分流作用，一次小辮接地電阻很小，在接地良好的情況下流過的電流近似等于故障電流，此時(shí)零序CT幾乎無法感應(yīng)電纜發(fā)生的故障。

為了避免發(fā)生上述錯(cuò)誤，在電纜屏蔽層穿過零序CT的情況下可以將一次小辮重新穿回零序CT，以抵消對(duì)故障電流的分流作用，此時(shí)一次小辮接地方式如圖4所示。

圖4　一次小辮的正確安裝方式I

若電纜屏蔽層沒有穿過零序CT，由于故障接地點(diǎn)和一次小辮接地點(diǎn)在零序 CT的同一側(cè)，不會(huì)對(duì)故障電流產(chǎn)生分流作用，因此一次小辮按規(guī)定直接接地即可，不用穿過零序 CT了。此時(shí)一次小辮接地方式如圖5所示。

圖5　一次小辮的正確安裝方式II

4　應(yīng)用效果

隨著配電網(wǎng)電纜線路的增加，消弧線圈改小電阻接地改造也日益增多，對(duì)保護(hù)的配置和二次設(shè)備的安裝提出新的要求。本文針對(duì)裕盛 35kV變電站小電阻改造工程中二次設(shè)備的常見問題進(jìn)行分析，發(fā)生區(qū)外單相接地故障時(shí)，NSR691RF存在誤動(dòng)可能，而通過軟件內(nèi)部△側(cè)消零可以避免差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)作。為確保零序 CT有足夠的精確度和可靠性，要求在測(cè)量范圍內(nèi)選擇變比較大的零序CT，并盡量使用專用零序CT，屏蔽線要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)屏蔽電纜與零序 CT的相對(duì)位置合理選擇接地點(diǎn)，避免零序保護(hù)拒動(dòng)。通過對(duì)裕盛變電站新投入保護(hù)（零序保護(hù)、小電阻保護(hù)等）的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，保護(hù)裝置傳動(dòng)正確，三相CT和專用零序CT選型均滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)今后 35kV電網(wǎng)小電阻接地改造工程起到借鑒參考作用。

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Analysis of Secondary System Common Problems of Small Resistance Grounding in Distribution Network

Wu Qiong Cao Yongjin Tang Qijun Zuo Jun Wang Xinming
（Chengnan branch of Tianjin Electric Power Corporation， Tianjin 300201）

This article concludes and analyses the common problems on secondary system protection taking the Tianjin Yusheng 35kV substation as the example research. Study on the influence of transformer differential protection when external short circuit fault happens on the delta side of the yd-11 transformer. The article clearly puts forward the installation requirement of zero-sequence CT of double cables Parallel and cable shield wires. It Provides operational experience for small resistance grounding in the future.

small resistance grounding； differential protection； double cables； shield wires

武 瓊（1988-），女，工程碩士，助理工程師，主要從事電網(wǎng)二次檢修工作。