閆 石

(深圳市機場(集團)有限公司， 廣東 深圳 518128)

0 引 言

采用中性點經(jīng)小電阻接地方式因有利于故障快速切除及降低接地故障過電壓等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于大量使用電纜的10～35 kV配電系統(tǒng)[1～4]。但主變10～35 kV側(cè)通常為d聯(lián)結(jié)，無法引出中性點，需要通過接地變?nèi)嗽熘行渣c接入小電阻后接地，此方式給變壓器差動保護帶來一些影響。為解決該影響，采用對稱分量法進行分析及電磁暫態(tài)仿真軟件(PSCAD/EMTDC)進行仿真，并提出具體措施。

1 小電阻接地方式

接地變接入位置有2種：(1)接于主變d側(cè)引出線；(2)接于主變d側(cè)母線。接地變通常采用Z聯(lián)結(jié),如圖1所示，Z聯(lián)結(jié)是把每相繞組分成匝數(shù)相等的兩部分，一相的上半部分繞組與另一相的下半部分繞組反串組成一相，下半部分繞組的首端連在一起作為中性點引出。系統(tǒng)正常運行時，繞組僅流過勵磁電流，三相芯柱上的磁動勢對稱，產(chǎn)生的主磁通在鐵芯中構(gòu)成回路，勵磁電抗很大。系統(tǒng)接地故障時，因每相芯柱上、下半部分繞組的零序電流方向相反，合成磁動勢為零，故僅產(chǎn)生零序漏磁通，此時零序電抗相當(dāng)于漏抗。零序漏磁通只能通過非鐵磁材料構(gòu)成回路，零序阻抗小[5～8]。

圖1 Z聯(lián)結(jié)

2 區(qū)外單相接地故障時差動保護的動作

2.1 接地變接于主變d側(cè)引出線

若差動保護區(qū)外母線A相接地故障(圖2中K1處)，應(yīng)用對稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖3所示。

圖2 A相接地故障Ⅰ

圖3 母線A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅰ

(1)

主變Y側(cè)電流為

(2)

若差動保護以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正，經(jīng)校正后的Y側(cè)電流為

(3)

差動保護的差動電流為

(4)

由式(4)可知，差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正Y側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時，差動電流就是流經(jīng)接地變的零序電流，三相幅值相等，可能導(dǎo)致差動保護誤動。為避免區(qū)外單相接地故障導(dǎo)致差動保護誤動，可采取d側(cè)過濾零序電流的措施，若差動保護無此功能，則只能提高差動保護起動值。

若差動保護以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對d側(cè)電流進行校正，經(jīng)校正后的d側(cè)電流為

(5)

Y側(cè)經(jīng)過濾零序電流后的電流為

(6)

差動保護的差動電流為

(7)

由式(7)可知，差動保護采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正d側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

2.2 接地變接于主變d側(cè)母線

若差動保護區(qū)外母線A相接地故障(圖4中K1處)，應(yīng)用對稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖5所示。

圖4 A相接地故障Ⅱ

圖5 母線A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅱ

主變d側(cè)電流為

(8)

主變Y側(cè)電流為

(9)

若差動保護以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正，經(jīng)校正后的Y側(cè)電流為

(10)

差動保護的差動電流為

(11)

由式(11)可知，差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正Y側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

若差動保護以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對d側(cè)電流進行校正，經(jīng)校正后的d側(cè)電流為

(12)

Y側(cè)經(jīng)過濾零序電流后的電流為

(13)

差動保護的差動電流為

(14)

由式(14)可知，差動保護采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，校正d側(cè)電流的方式，其區(qū)外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

3 區(qū)內(nèi)單相接地故障時差動保護的靈敏度

3.1 接地變接于主變d側(cè)引出線

若差動保護區(qū)內(nèi)A相接地故障(圖2中K2處)，應(yīng)用對稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 主變A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅰ

主變d側(cè)電流為

(15)

主變Y側(cè)電流為

(16)

若差動保護采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對d側(cè)電流進行校正的方式，其差動電流為

(17)

制動電流為

(18)

若差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正的方式，其差動電流為

(19)

制動電流為

(20)

同理，若d側(cè)經(jīng)過濾零序電流，則其差動電流為

(21)

制動電流為

(22)

3.2 接地變接于主變d側(cè)母線

若差動保護區(qū)內(nèi)A相接地故障(圖4中K2處)，應(yīng)用對稱分量法可得出其復(fù)合序網(wǎng)，如圖7所示。

圖7 主變A相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Ⅱ

主變d側(cè)電流為

(23)

主變Y側(cè)電流為

(24)

若差動保護采用以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對d側(cè)電流進行校正的方式，其差動電流、制動電流的形式與式(17)、(18)相同。

若差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正的方式，其差動電流為

(25)

制動電流為

(26)

差動保護的靈敏度KIm為

(27)

式中:Iqd、Ir1、K1分別為差動保護的起動值、第一拐點電流、比率制動曲線第一段折線的斜率。

4 仿真計算

采用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC進行仿真計算，按某35 kV、10 kV供電系統(tǒng)參數(shù)分別設(shè)置，如表1和表2所示：

表1 35 kV供電系統(tǒng)參數(shù)

表2 某10 kV供電系統(tǒng)參數(shù)

考慮單相接地故障時接地電阻電流大于零序電容電流才能限制弧光接地過電壓，ZC0按1～4倍(ZT0+3R)設(shè)置，單相接地故障仿真結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，受系統(tǒng)容抗的影響，主變空載時的單相接地故障電流并不是最小。接地變接于主變d側(cè)引出線時，差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)， 校正Y側(cè)電流的方式， 考慮躲過區(qū)外單相接地故障時流過接地變的電流(可靠系數(shù)取1.5)，110/35 kV主變的差動保護起動值必須大于0.4Ie(Ie為主變額定電流)，110/10 kV主變的差動保護起動值必須大于0.06Ie。工程實踐中，通常Iqd取0.4Ie，Ir1取0.5Ie，K1取0.5，可滿足上述要求。差動保護對單相接地故障的靈敏度如表4-6所示。

表3 用戶供電系統(tǒng)單相接地故障電流

表4 以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正

表5 以經(jīng)過濾零序分量的d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正

表6 以Y側(cè)電流為基準(zhǔn)，對d側(cè)電流進行校正

根據(jù)表3～6可知，對于10 kV供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流小于400 A時，無論接地變接于何處，差動保護采用何種電流校正方式，差動保護均無靈敏度。

對于35 kV供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電流小于600 A，僅接地變接于主變d側(cè)母線，且差動保護采用以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正的方式，能保證不小于1.5的靈敏度，其余方式無法保證靈敏度。

5 結(jié) 語

1)對于變壓器d側(cè)為小電阻接地系統(tǒng)的差動保護，整定值計算時應(yīng)校驗對d側(cè)區(qū)內(nèi)單相接地故障的靈敏度，并考慮受系統(tǒng)容抗影響可能出現(xiàn)的最小單相接地故障電流。

2)為保證差動保護對變壓器d側(cè)區(qū)內(nèi)單相接地故障的靈敏度，小電阻接地供電系統(tǒng)的單相接地故障電流不宜過小，DL/T584—2017規(guī)程建議以1 000 A 左右為宜。

3)優(yōu)先采用接地變接于主變d側(cè)母線，差動保護以d側(cè)電流為基準(zhǔn)，對Y側(cè)電流進行校正的方式較其他方式更易保證差動保護的靈敏度。

4)接地變接于主變d側(cè)引出線，差動保護應(yīng)采取過濾d側(cè)零序電流或提高差動保護起動值的措施以避免d側(cè)區(qū)外單相接地故障而導(dǎo)致的誤動，采取的措施應(yīng)對差動保護的靈敏度影響最小。

5)考慮各地區(qū)運行習(xí)慣不同，對單相接地故障電流的限制也不盡相同，無法保證差動保護靈敏度的，只能由接地變零序電流保護聯(lián)跳延時切除故障。