巨民尚
(中國電建集團江西省電力建設有限公司,江西 南昌 330009)
電力系統(tǒng)中變壓器中性點接地方式是一個綜合性、系統(tǒng)性的問題,接地方式如何,直接影響到電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平、電器設備的絕緣強度、斷路器開斷容量、變壓器中性點絕緣水平以及變壓器的制造等。目前,變壓器中性點接地方式主要有不接地、直接接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地4 種方式。本文對某電廠高廠變中性點低阻接地回路做了具體地繼電保護計算,結(jié)合該電廠某次事故接地保護動作情況,進一步分析具體接地方式對繼電保護配置的要求[1-3]。
文中電廠為典型的一機一變單元接線結(jié)構(gòu),發(fā)電機出口電壓15.75 kV,主變高壓側(cè)電壓110 kV,發(fā)電機出口不裝設斷路器,發(fā)電機、主變、高廠變、勵磁變間通過封閉母線連接,高廠變接線組別為Dyn1 型,高廠變低壓側(cè)分兩支路分別接入廠用10 kV 工作段和備用段,高廠變中性點通過接地電阻柜接地。
(1)設備參數(shù)
計算用典型實例主設備詳細參數(shù)見表1~表4。
表2 主變參數(shù)
表3 高廠變參數(shù)
表4 高廠變中性點接地電阻柜參數(shù)
(2)系統(tǒng)圖
圖1 計算用一次系統(tǒng)
高廠變中性點接地保護計算根據(jù)上文給出的系統(tǒng)圖、設備參數(shù)、廠家測試報告等進行計算,計算主要依據(jù)的標準如下:
GB/T 14285-2016 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程。
DL/T 684-2012 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則。
DL/T 1502-2016 廠用電繼電保護整定計算導則。
本文高廠變中性點接地保護計算主要包括如下5 個方面內(nèi)容:
(1)計算中性點單相接地電流3IO。
(2)計算高廠變保護低壓側(cè)零序電流。
(3)計算高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保進線分支零序電流。
(4)計算高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保廠變分支零序電流。
(5)計算確定10 kV 綜保其他負荷分支零序電流。
計算基準容量:SJ=1 000 MVA
計算基準電壓:UJ=10.5 kV
高廠變高壓側(cè)近似為無窮大系統(tǒng)。
根據(jù)高廠變出廠試驗測量得變壓器零序阻抗值ZO=0.43 Ω(供電端子abc-o)
其中ZO=0.43 Ω
將ZO、SJ、UJ值帶入(1)式中
高廠變正序阻抗標幺值
其中Ud%=10.5(高廠變阻抗電壓百分數(shù))
將Ud%、SJ、SB值帶入(2)式中
高廠變負序阻抗標幺值Z2=Z1=4.2
根據(jù)復合序網(wǎng)圖可計算得到高廠變低壓側(cè)10 kV 母線單相接地電流3IO。
其中Z1=4.2
ZR為高廠變中性點接地電阻值9.229
IJ為10 kV 系統(tǒng)基準電流值
將IJ值、ZO*值、Z2值、Z1值、3ZR*值帶入3IO計算式(3)中。
高廠變低壓側(cè)單相接地電流計算值為626.24 A,低壓側(cè)零序電流動作值取35%(3IO),即3IO×(35%)=219.18 A。
計算二次值為219.18/nct=219.18/150=1.46 A。
設定延時一般取0.3 s 跳高廠變低壓側(cè)開關,0.5 s 延時停機。
10 kV 進線分支保護靈敏度系數(shù)一般取5,零序電流動作值為626.24/5=125.25 A。
計算二次值為125.25/nct=125.25/50=2.5 A,考慮與高廠變零流保護的配合,高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保進線分支零序延時取0.6 s,定值延時大于高廠變低壓側(cè)零序保護延時值。
10 kV 廠變分支保護靈敏度系數(shù)一般取5,零序電流動作值為626.24/5=125.25 A。
計算二次值為125.25/nct=125.25/50=2.5 A,考慮與高廠變零流保護及廠變分支零序保護的配合,高廠變低壓側(cè)10 kV 綜保廠變分支零序延時取0.1 s,定值延時小于高廠變低壓側(cè)零流保護延時。
10 kV 其他負荷分支零序過流定值與高廠變低壓側(cè)10 kV 廠變分支零序過流定值相同。
2023 年4 月30 日04:05:00,由于高廠變低壓側(cè)10 kV 進線柜內(nèi)鼠患原因機組跳閘停機,根據(jù)保護柜歷史動作報告記錄表5 可知,在04:05:00.319 高廠變低壓側(cè)零流1 段動作,隨后04:05:00.358 時高廠變差動速斷B 相動作,04:05:00.673 時10 kV 進線分支速斷過流動作。
表5 保護柜歷史記錄
保護動作時高廠變保護低壓側(cè)零序電流記錄值為3IO=2.016 A,折合到一次值為150×2.016=302.4 A,通過與計算值比較,可以看出,廠用系統(tǒng)實際接地故障電流302.4 A 小于626.24 A 計算電流,這與接地瞬間接地類別有關,而且實際接地故障電流要考慮負荷電纜、電機繞組及弧光電阻阻抗等因素的影響。
另外,保護柜動作報告記錄顯示,高廠變低壓側(cè)零流保護可靠動作后,高廠變差動速斷B 相動作,說明低阻接地系統(tǒng)的零序過流保護動作正確率比較高,在發(fā)生單相接地故障時,單相接地故障電流遠大于每條線路的對地電容電流,一般都能保證零序過流保護的靈敏度要求。
從計算結(jié)果判斷,高廠變中性點626.24 A 的接地電流將在故障點引燃電弧,嚴重損壞故障點的絕緣,且不能自然熄弧,系統(tǒng)不能長時間帶接地點故障運行,因此,理論計算要求高廠變低壓側(cè)各分支開關均需配置出口跳閘的零序過流保護,本文所列舉電廠的10 kV 開關均予以了配置。考慮零序過流保護的選擇性,一般負荷開關綜保延時出口時間較短(本文實例中取0.1 s),高廠變低壓側(cè)零流保護延時出口時間較長(本文實例中取0.3 s),高廠變低壓側(cè)10 kV進線分支綜保零流延時出口時間較長(本文實例中取0.6 s)。
與變壓器中性點高阻接地系統(tǒng)相比,中性點低阻接地系統(tǒng)故障點的單相接地短路電流增幅較大,故障時對故障設備的損害較大。同時較大的接地短路電流引起故障點地電位升高,有可能造成瞬間過電壓超過允許值。
另外,中性點接地電阻限制弧光接地過電壓的原理是電阻的耗能作用,中性點的電阻阻值越小,限制弧光接地過電壓能力越強,為了將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制到較低水平,防止單相接地故障時非故障相電纜在暫態(tài)過電壓作用下絕緣擊穿,換言之,為了避免單相接地故障發(fā)展成相間故障,變壓器中性點接地必須選擇低阻接地。