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2022-04-19 01:20:58朱曉東鄭潤(rùn)藍(lán)馮宗建王其林
農(nóng)村電氣化 2022年4期
朱曉東，鄭潤(rùn)藍(lán)，馮宗建，王其林，盛 江
（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）
10 kV 中壓系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)電容電流不同，可以設(shè)計(jì)為中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地的小電流接地方式。某變電站為了保證人身和設(shè)備安全，中壓柜設(shè)計(jì)為通過接地變壓器接地并配置零序電流保護(hù)的大電流接地方式，10 kV電源為主變低壓側(cè)Δ繞組，通過接地變壓器可以人為引入電源中性點(diǎn)和零序接地點(diǎn)。對(duì)于經(jīng)接地變接地的中壓柜在發(fā)生單相接地后，各相電壓變化情況是否與小電流接地的中壓柜一致，還是與110 kV中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后電壓一致，抑或另有不同的現(xiàn)象，須要計(jì)算和分析。
某變電站采用接地變接地的10 kV 中壓柜采用4TV 接線方式，現(xiàn)場(chǎng)某次發(fā)生單相接地后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，A相電壓降低，C相電壓略微升高，電壓變化情況存在異常。
為了分析清楚經(jīng)接地變接地的中壓系統(tǒng)發(fā)生單線接地后電壓變化變化情況，以及明確變電站單相接地后電壓異常變化的原因，對(duì)中壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，各相電壓進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算和向量分析。得出隨著接地電阻增大，故障相電壓下降、非故障超前相電壓先升高后降低、非故障滯后相電壓始終升高的不同變化情況。將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于變電站電壓異常變化原因分析，得出單相接地后零序電壓互感器極性反接引起電壓異常變化，分析結(jié)論和實(shí)際電壓變化現(xiàn)象一致。最后在明確異常情況發(fā)生的機(jī)理后，采取正確的糾正行動(dòng)并及時(shí)消除缺陷。
1 單相接地后電壓分析
站內(nèi)接地變壓器為Z 型接線，如圖1 所示，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻（約4 Ω）接地。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，接地變壓器為空載狀態(tài)。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地變壓器對(duì)正序、負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻性，對(duì)零序電流呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。因零序磁通不能完全抵消，零序電阻約6～10 Ω（感性阻抗）。低壓側(cè)零序TA變比150/1，零序過流動(dòng)作值0.5 A，動(dòng)作時(shí)間為2.3 s。換算至一次側(cè)，零序電流為75 A后達(dá)到動(dòng)作值。
圖1 接地變經(jīng)小電阻接地
該站內(nèi)的10 kV 中壓配電柜采用4TV 的接線方式。在發(fā)生單相接地后，零序電壓互感器上將會(huì)產(chǎn)生壓降，可以防止電壓互感器因電壓升高而鐵芯磁通飽和，有效防止鐵磁諧振的發(fā)生。正常運(yùn)行時(shí)，4TV 的零序電壓互感器兩端電壓接近于0，剩余電壓互感器為各相相電壓。在發(fā)生單相接地后，零序電壓互感器一次側(cè)將產(chǎn)生壓降，各相對(duì)地電壓為零序電壓互感器的電壓與各相互感器電壓的矢量疊加。如圖2 所示，A 相對(duì)地電壓，B 相對(duì)地，C 相電壓。因此，可以通過向量圖分析，通過零序電壓和各相電壓互感器的電壓，通過矢量疊加的方式分析各相對(duì)地電壓情況[1]。
圖2 電壓互感器的電壓分析
1.1 高阻接地的情況
如圖1所示，當(dāng)C相發(fā)生高阻接地后，如1000 Ω，計(jì)算的零序電阻取10 Ω，中性點(diǎn)接地小電阻4 Ω，則總阻抗為1004.05 Ω。取母線線電壓為10.5 kV，可以計(jì)算得出零序電流為6.04 A，不能達(dá)到零序過流保護(hù)動(dòng)作定值。零序電壓和三相對(duì)地電壓（虛線所示）如圖3 所示，計(jì)算零序電壓與C 相對(duì)地電壓夾角為111.8°，零序電壓65.05 V，此時(shí)可得出C相電壓計(jì)算為：6.037 kV（正常額定電壓為6.062 kV），A相電壓為6.127 kV，B相電壓為6.023 kV。計(jì)算結(jié)果表明：經(jīng)接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生高阻性單相接地后，接地相故障電壓略微有所下降，非接地相滯后相對(duì)地電壓上升，超前相對(duì)地電壓下降，零序電流數(shù)值較小，不會(huì)達(dá)到零序保護(hù)動(dòng)作值。
圖3 高阻單相接地后三相電壓分析
1.2 低阻接地的情況
如圖1 所示，當(dāng)C 相發(fā)生低阻接地，取接地電阻為4 Ω，計(jì)算的零序電阻取10 Ω，中性點(diǎn)接地小電阻4 Ω，則總阻抗為12.81 Ω。取母線電壓為10.5 kV，計(jì)算得出的零序電流為473.39 A，達(dá)到零序過流保護(hù)定值，進(jìn)線斷路器將會(huì)跳閘。在斷路器跳閘前，零序電壓5.099 kV，零序電壓和三相對(duì)地電壓（虛線所示）如圖4 所示，計(jì)算零序電壓與C 相電壓的夾角為111.8°，C相電壓可降低為1.893 kV，A相電壓將會(huì)升高至10.383 kV，B 相電壓升高至8.763 kV。計(jì)算結(jié)果表明：經(jīng)接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生低阻性接地后，接地相電壓大幅度下降，非接地滯后相的對(duì)地電壓上升，非接地的超前相對(duì)地電壓也發(fā)生上升，零序過流保護(hù)動(dòng)作跳閘。
圖4 低阻單相接地后三相電壓分析
根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果表明：接地電阻的大小影響零序電流的大小和保護(hù)的動(dòng)作，影響故障相和非故障相對(duì)地電壓的大小。10 kV 中壓系統(tǒng)引入接地變作為電源中性點(diǎn)，經(jīng)過小電阻接地后，系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)。在發(fā)生單相接地后，故障相母線對(duì)地電壓始終表現(xiàn)為下降，接地電阻越大，電壓下降越厲害。非故障相中滯后相的對(duì)地電壓始終表現(xiàn)為上升，超前相的對(duì)地電壓隨著接地電阻的下降，逐漸上升，其數(shù)值從低于相電壓到高于相電壓。
2 零序TV一次反接的影響分析
變電站發(fā)生了10 kV接地變零序過流動(dòng)作，以及接地故障發(fā)生后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，A相電壓降低，C相電壓略微升高的異常情況。在電壓互感器進(jìn)行停運(yùn)并隔離后，繼保人員對(duì)電壓互感器的接線、回路以及極性情況進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果無異常。對(duì)電壓互感器一次回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)零序電壓互感器其一次接線存在反接的情況，如圖5所示。
圖5 4TV電壓互感器的零序互感器一次反接
零序電壓互感器一次反接，相當(dāng)于二次極性取反。實(shí)際一次電壓分布均正常，在正常運(yùn)行時(shí)，沒有任何的影響。在發(fā)生單相接地后，已經(jīng)在本文前段進(jìn)行了分析，向量圖如圖3和圖4所示。
若一次反接或者二次極性取反，則二次的向量圖如圖6所示。
圖6 零序互感器一次反接或極性錯(cuò)誤向量圖
通過向量圖分析可以得出，隨著接地電阻的變化，故障相C 相電壓將始終保持超過正常相電壓狀態(tài)（幅值范圍為1～2 倍相電壓之間）。非故障相的滯后相對(duì)地電壓會(huì)始終低于正常相電壓，超前相對(duì)地電壓隨著接地電阻的增大，將會(huì)表現(xiàn)為先超過相電壓，后續(xù)低于相電壓的狀態(tài)。
通過以上分析可以得出電壓異常并出現(xiàn)故障跳閘的原因：10 kV 中壓發(fā)生單相接地，其接地電阻大小決定了零序電流大小和是否跳閘，由于4TV零序電壓互感器一次反接，相當(dāng)于極性錯(cuò)誤，導(dǎo)致在未發(fā)生跳閘時(shí)，接地相相電壓異常上升情況?，F(xiàn)場(chǎng)由于一次部分的安裝已經(jīng)固定，并且考慮安全距離和TV 安裝空間，對(duì)零序電壓互感器的二次接線進(jìn)行了調(diào)整。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文根據(jù)變電站的電壓顯示異常和跳閘故障反饋信息，分析和計(jì)算了接地變壓器經(jīng)小電阻接地運(yùn)行的中壓系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地以及接地電阻不同情況下的電壓、電流大小，以及是否會(huì)發(fā)生跳閘的分析，并進(jìn)一步分析了4TV的零序電壓互感器發(fā)生一次反接或者二次極性取反后對(duì)一次和二次電壓的影響。得出經(jīng)過接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生高阻和低阻單相接地后，故障相電壓、非故障相滯后相對(duì)地電壓以及超前相對(duì)地相電壓的大小變化，并進(jìn)一步分析4TV的零序電壓互感器一次反接或者二次極性取反的情況下，三相電壓的變化情況。分析得出的結(jié)果與事實(shí)接線反接一致。
4TV 零序互感器一次或二次反接，對(duì)實(shí)際運(yùn)行的一次部分沒有影響，其消除諧振功能也沒有影響。但是影響二次電壓的數(shù)值指示情況，會(huì)出現(xiàn)接地的故障相電壓始終上升，另外兩相的滯后相始終下降，超前相由接地電阻決定大小情況，使得運(yùn)行人員或者檢修人員對(duì)故障的判斷存在干擾，不能及時(shí)查找故障和消除缺陷，影響供電可靠性。
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站內(nèi)接地變壓器為Z 型接線，如圖1 所示，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻（約4 Ω）接地。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，接地變壓器為空載狀態(tài)。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地變壓器對(duì)正序、負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻性，對(duì)零序電流呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。因零序磁通不能完全抵消，零序電阻約6～10 Ω（感性阻抗）。低壓側(cè)零序TA變比150/1，零序過流動(dòng)作值0.5 A，動(dòng)作時(shí)間為2.3 s。換算至一次側(cè)，零序電流為75 A后達(dá)到動(dòng)作值。
圖1 接地變經(jīng)小電阻接地
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圖2 電壓互感器的電壓分析
1.1 高阻接地的情況
如圖1所示，當(dāng)C相發(fā)生高阻接地后，如1000 Ω，計(jì)算的零序電阻取10 Ω，中性點(diǎn)接地小電阻4 Ω，則總阻抗為1004.05 Ω。取母線線電壓為10.5 kV，可以計(jì)算得出零序電流為6.04 A，不能達(dá)到零序過流保護(hù)動(dòng)作定值。零序電壓和三相對(duì)地電壓（虛線所示）如圖3 所示，計(jì)算零序電壓與C 相對(duì)地電壓夾角為111.8°，零序電壓65.05 V，此時(shí)可得出C相電壓計(jì)算為：6.037 kV（正常額定電壓為6.062 kV），A相電壓為6.127 kV，B相電壓為6.023 kV。計(jì)算結(jié)果表明：經(jīng)接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生高阻性單相接地后，接地相故障電壓略微有所下降，非接地相滯后相對(duì)地電壓上升，超前相對(duì)地電壓下降，零序電流數(shù)值較小，不會(huì)達(dá)到零序保護(hù)動(dòng)作值。
圖3 高阻單相接地后三相電壓分析
1.2 低阻接地的情況
如圖1 所示，當(dāng)C 相發(fā)生低阻接地，取接地電阻為4 Ω，計(jì)算的零序電阻取10 Ω，中性點(diǎn)接地小電阻4 Ω，則總阻抗為12.81 Ω。取母線電壓為10.5 kV，計(jì)算得出的零序電流為473.39 A，達(dá)到零序過流保護(hù)定值，進(jìn)線斷路器將會(huì)跳閘。在斷路器跳閘前，零序電壓5.099 kV，零序電壓和三相對(duì)地電壓（虛線所示）如圖4 所示，計(jì)算零序電壓與C 相電壓的夾角為111.8°，C相電壓可降低為1.893 kV，A相電壓將會(huì)升高至10.383 kV，B 相電壓升高至8.763 kV。計(jì)算結(jié)果表明：經(jīng)接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生低阻性接地后，接地相電壓大幅度下降，非接地滯后相的對(duì)地電壓上升，非接地的超前相對(duì)地電壓也發(fā)生上升，零序過流保護(hù)動(dòng)作跳閘。
圖4 低阻單相接地后三相電壓分析
根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果表明：接地電阻的大小影響零序電流的大小和保護(hù)的動(dòng)作，影響故障相和非故障相對(duì)地電壓的大小。10 kV 中壓系統(tǒng)引入接地變作為電源中性點(diǎn)，經(jīng)過小電阻接地后，系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)。在發(fā)生單相接地后，故障相母線對(duì)地電壓始終表現(xiàn)為下降，接地電阻越大，電壓下降越厲害。非故障相中滯后相的對(duì)地電壓始終表現(xiàn)為上升，超前相的對(duì)地電壓隨著接地電阻的下降，逐漸上升，其數(shù)值從低于相電壓到高于相電壓。
2 零序TV一次反接的影響分析
變電站發(fā)生了10 kV接地變零序過流動(dòng)作，以及接地故障發(fā)生后，故障相B相電壓升高至10.58 kV，A相電壓降低，C相電壓略微升高的異常情況。在電壓互感器進(jìn)行停運(yùn)并隔離后，繼保人員對(duì)電壓互感器的接線、回路以及極性情況進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果無異常。對(duì)電壓互感器一次回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)零序電壓互感器其一次接線存在反接的情況，如圖5所示。
圖5 4TV電壓互感器的零序互感器一次反接
零序電壓互感器一次反接，相當(dāng)于二次極性取反。實(shí)際一次電壓分布均正常，在正常運(yùn)行時(shí)，沒有任何的影響。在發(fā)生單相接地后，已經(jīng)在本文前段進(jìn)行了分析，向量圖如圖3和圖4所示。
若一次反接或者二次極性取反，則二次的向量圖如圖6所示。
圖6 零序互感器一次反接或極性錯(cuò)誤向量圖
通過向量圖分析可以得出，隨著接地電阻的變化，故障相C 相電壓將始終保持超過正常相電壓狀態(tài)（幅值范圍為1～2 倍相電壓之間）。非故障相的滯后相對(duì)地電壓會(huì)始終低于正常相電壓，超前相對(duì)地電壓隨著接地電阻的增大，將會(huì)表現(xiàn)為先超過相電壓，后續(xù)低于相電壓的狀態(tài)。
通過以上分析可以得出電壓異常并出現(xiàn)故障跳閘的原因：10 kV 中壓發(fā)生單相接地，其接地電阻大小決定了零序電流大小和是否跳閘，由于4TV零序電壓互感器一次反接，相當(dāng)于極性錯(cuò)誤，導(dǎo)致在未發(fā)生跳閘時(shí)，接地相相電壓異常上升情況?，F(xiàn)場(chǎng)由于一次部分的安裝已經(jīng)固定，并且考慮安全距離和TV 安裝空間，對(duì)零序電壓互感器的二次接線進(jìn)行了調(diào)整。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文根據(jù)變電站的電壓顯示異常和跳閘故障反饋信息，分析和計(jì)算了接地變壓器經(jīng)小電阻接地運(yùn)行的中壓系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地以及接地電阻不同情況下的電壓、電流大小，以及是否會(huì)發(fā)生跳閘的分析，并進(jìn)一步分析了4TV的零序電壓互感器發(fā)生一次反接或者二次極性取反后對(duì)一次和二次電壓的影響。得出經(jīng)過接地變接地的中壓系統(tǒng)在發(fā)生高阻和低阻單相接地后，故障相電壓、非故障相滯后相對(duì)地電壓以及超前相對(duì)地相電壓的大小變化，并進(jìn)一步分析4TV的零序電壓互感器一次反接或者二次極性取反的情況下，三相電壓的變化情況。分析得出的結(jié)果與事實(shí)接線反接一致。
4TV 零序互感器一次或二次反接，對(duì)實(shí)際運(yùn)行的一次部分沒有影響，其消除諧振功能也沒有影響。但是影響二次電壓的數(shù)值指示情況，會(huì)出現(xiàn)接地的故障相電壓始終上升，另外兩相的滯后相始終下降，超前相由接地電阻決定大小情況，使得運(yùn)行人員或者檢修人員對(duì)故障的判斷存在干擾，不能及時(shí)查找故障和消除缺陷，影響供電可靠性。
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