上海地区220kV变电站主变35kV侧零序电流保护范围分析.docx
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上海地区220kV变电站主变35kV侧零序电流保护范围分析
上海地区220kV变电站主变35kV侧零序电流保护范围分析
上海电力2007年第6期
上海地区220kV变电站主变35kV侧零序
电流保护范围分析
王丽芳
（上海市电力公司教育培训中心,上海200438）
摘要:
随着上海中心城区建设需要,将架空线改为电缆线路,220kV变电站35kV系统上原由消弧线圈接地
改为电阻接地.对于采用小电阻接地方式的变电站而言,不同的小电阻接地位置,同一设备的零序电流保护范
围不同,单相接地故障后,若220kV变电站35kV电阻接地方式下的主变35kV侧零序电流保护动作,则事故
处理方法也不同.文章介绍了220kV变电站主变35kV侧零序电流保护范围的不同,提出了相应的处理措施.
关键词:
变电站;零序电流;保护范围;接线
中图分类号:
TM645.11文献标识码:
B
l引言
上海电网在35kV系统主要采用消弧线圈
接地,随着城市规模不断发展,电缆线路越来越
多,消弧线圈补偿容量也越来越不够;同时电缆的
老化导致在单相接地故障2h处理过程中会很快
转为多点相间接地故障.由于35kV消弧线圈
系统中一回出线电缆发生单相接地故障后,如不
能迅速由保护切除而转化为相间故障,则引起其
它出线电缆先后故障,最后使其他设备保护相继
动作,将会带来了极大危害.上海电网在1986年
率先在220kV天宝变电站35kV系统上采用电
阻接地,接地故障电流限制在2kA以内.采用
电阻接地系统后,若发生单相接地故障,保护会迅
速动作切除故障,从而保护了电缆等一次设备,减
少了对系统的冲击,消弧线圈的补偿问题也就不
存在了.
220kV变电站35kV系统上原由消弧线圈
接地改为电阻接地,新建的220kV变电站则35
kV系统直接采用电阻接地,导致上海220kV变
电站出现35kV不同小电阻接地位置,继电保护
配置和保护范围有了变化.单相接地故障后,若
220kV变电站35kV电阻接地方式下的主变35
kV侧零序电流保护动作,则事故处理方法不同.
本文主要讨论220kV变电站主变35kV侧零序
电流保护范围的不同.
2上海地区220kV变电站35kV电阻接
地的接线方式
一
630一
上海地区220kV/35kV,220kV/110kV/
35kV主变一般均为YO/△,Y0/Y0/△接线的变
压器,在35kV系统上没有中性点可直接挂接地
电阻,因此采用Z型变方式的35kV系统上人为
制造一个中性点以挂接接地电阻.Z型变是专为
接地设计的,实际上相当于一台普通的Y型电力
变压器,Z型变压器的中性点可以直接接地或通
过限流设备接地.
2.1接地变直接接在35kV母线上和直接接在
主变35kV回路中的接线
上海地区220kV变电站35kV电阻接地系
统的一次接线主要有两种情况:
接地变直接接在
35kV母线上和接地变直接接在主变35kV回路
中.
一
些老的220kV变电站中35kV由消弧线
圈接地系统改为电阻接地系统,利用原接地变回
路间隔和设备,把消弧线圈改装成电阻.接地变
回路与主变回路完全独立,可不对应运行,也可分
别停役检修,见图1.
近几年新投运的220kV变电站中35kV直
接采用电阻接地系统,小电阻直接接在主变35
kV回路中,接地变不占用仓位,主变与接地变必
须一一对应运行,二者必须作为一个整体考虑,不
能分别停役检修,见图2.
2.2系统组成和接线
35kV小电阻接地系统组成见图3（a）和3（b）.
组成部分有:
降压主变压器;接地变压器;中性点接
地电阻;35kV母线和35kV馈电线路等.
2007年第6期上海电力
电阻
图1接地变回路与主变回路各自独立
电阻
图2小电阻直接接在主变回路中
t雎葡
aI奏
二__Jii
}地变压器
三
lI"!
.
:
ll要.I.
iii
l.I
iiii
（a）（b）
图335kV小电阻接地系统组成
2.3用对称分量法计算35kV采用电阻接地的
系统单相接地故障电流和电压
在下列3个假设条件下进行计算:
忽略负荷
电流;假定线路上发生单相金属性接地故障;假定
故障电流从故障点流向母线.以A相单相金属
接地故障为例采用对称分量法作故障电流计算.
2.3.1单相接地故障时阻抗参数特点
中性点电阻接地方式的城市配电网单相接地
时零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大.
Z型接地变压器接线方式如图3所示,当加
入三相正,负序电流时,接地变压器的每一铁心柱
上的磁势是该铁心柱上分属不同相的两绕组磁势
的相量和.3个铁心柱上的磁势是一组三相平衡
量,相位差12O.,产生的磁通可在3个铁心柱上互
相形成回路,磁路磁阻小,磁通量大,感应电势大,
呈现很大的激磁阻抗.当对接地变压器加入三相
零序电流时,每个铁心柱上的两个绕组产生的磁
势由于大小相等,方向相反,合成磁势为零.铁心
柱上没有主磁通,零序磁通只能经过铁心和周围
的介质形成闭合回路,磁路磁阻大,因而磁通量
小,感应电势小,呈现的零序等效阻抗也小.因此
接地变压器具有正,负序阻抗大而零序阻抗小的
特点.
由于目前小电阻接地方式主要应用于以电缆
出线为主的城市配电网.通常中性点电阻值大于
10Q,所以中性点电阻接地方式的城市配电网单
相接地时零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大,
一
般可认为:
Iz.I≥4OIzI.这是小电阻接
地系统的阻抗参数的一个重要特点.[3
2.3.2单相接地故障时等效电路和各序的综合
阻抗
正序电路中X为主变压器短路电抗加上限
流电抗器的阻抗值,R十jx是故障线路的正序
阻抗.在正序电路中忽略了变压器及接地变压器
的激磁阻抗,系统对地电容及负载阻抗.负序电
路中R.十X是故障线路的负序阻抗.零序电路
中Rg.,Xg.为接地变的零序参数,3R为3倍中
性点电阻值,X为系统的一相对地电容容抗值,
R.,X.为故障线路的零序阻抗参数.
L相接地时,各序网等效电路见图4所示.
图4各序网等效电路（L1相接地）
从等效电路可得各序的综合阻抗:
Zw=Rgo十3RN十jXgo
Zl—Zz—Rl十j（XK+X1）
（1）
式中Z——正序阻抗;
Z——负序阻抗;
R——正序电阻;
X——正序电抗;
X——主变压器短路电抗加上限流电抗器的
阻抗值.
R.+jx.十
（2）
式中x.,Rc——故障线路的零序阻抗参数;
——一
相对地电容容抗值;
Z——中性点接地阻抗.
L相接地时,其各序的网络方程如下:
I1一1I1Zl=UI【1;
一
1】2Z2UEl2;
～
J.Z.=U..（4）
式中UL¨——故障相L接地点的正序电压;
u——故障相L接地点的负序电压;
U0——故障相L,接地点的零序电压;
——
故障相L的等效电源的电动势;
——
故障相L的接地点的正序电流;
一
631—
上海电力2007年第6期
jm——故障相L一接地点的负序电流;
j.——故障相L一接地点的零序电流.
2.3.3单相接地故障时复合序网图和故障电流
与电压
由单相接地故障的边界条件可得:
1
LI.11一IL12一10一÷II|1
.）
I.11+UI+U0—0（5）
据此可得到复合序网图,如图5所示.
图5单相接地故障的复合序网
根据序网图可求得:
.z一
Id—JL
l
一
3IN
.
+3Ic
式中3j.——为中性点电阻电流;
jc+——系统的每一相电容电流（参看图3（c）的零
序等效电路）.
/No
一一
Uo
≈
EL1
一干
EL
l
干
当3R比Rg.+jXg.的幅值大很多倍时有:
≈
令IN一3INn,Ic=一3Ic,
则IN一3INn—E/RN
因J.和Jc.相位差约90.,则
J一~/j订
因为接地变压器正常运行时绕组只流过激磁
电流,其值在2A以下,接地故障时绕组的电流主
要是零序电流,即J.表示的值.
（6）3单相接地故障短路电流分布分析
通常Z一,所以:
/1.11一^一㈩一一¨
式中j——故障相故障电流.
对非故障相L相可得下列序网络方程:
EI2一21Zl=UL2l;
一
JI22Z2一UL22;
一
J.Zo—U..（8）
式中ULzl——非故障相L接地点的正序电压;
U——非故障相L接地点的负序电压;
U.——非故障相L接地点的零序电压;
E——非故障相Lz的等效电源的电动势;
I——非故障相L接地点的正序电流;
j——非故障相L接地点的负序电流;
j.——非故障相Lz接地点零序电流.
可得L相电压:
u?
z—uz+u?
+u.一EL21一EL1
式中j——非故障相Lz的故障电流.
同样方法可得相电压:
uz.一E.一
¨
式中j.——非故障相L3的故障电流.
2.3.4母线单相接地时电流计算
母线上发生单相接地故障时,接地电流最大,
接地设备经受最严重的情况,以这种情况来校验
接地设备的容量.
一
632一
对单相接地故障时电流,电压分布及变化情
况的全面了解是认识和掌握电阻接地系统规律的
基础,有此基础才能更合理,更优化保护的配置和
整定,才能在发生故障时对事故的性质,类型,保
护的动作情况等作出正确判断.
上海市区范围内35kV系统的线路一般均
为电缆且长度短,截面积大,线路阻抗一般小于
0.50,当然也远小于接地电阻的100Q或5.7Q,
因此单相接地故障时,故障电流为阻性电流.
3.1出线线路上K.点故障时电流分布
图4K点A相单相接地故障时电流分布
220kV变电站中35kV接地变直接接在35
kV母线上的电阻接地系统的接线情况.K点故
障时电流分布情况如图4（a）所示.主变35kV回
路（CT2处电流互感器）:
A相有故障电流J十J,
即故障电流的正序分量十负序分量,B,C二相也有
故障电流,并且Io—L+Ic:
=:
2/3×3I.,Io与L,L
相位相反,因此流变回路中性线上无故障电流.35
2007年第6期上海电力
kv母线上单相接地故障,分析和结论同上.
对220kV变电站中35kV为接地变直接接
在主变35kV回路中电阻接地系统的接线情况.
K点故障时电流分布情况如图4（b）.主变35
kV回路（CT2处电流互感器）:
A相有故障电流,
B,C二相无故障电流,并且.一31.,因此主变35
kV回路（CT2处电流互感器）中性线上有故障电
流.35kV母线上单相接地故障,分析和结论
同上.
K点故障,对两种小电阻接地方式不同接地
变所接位置,主变35kV侧电流互感器CT中性
线中所反映的零序故障电流刚好相反,A接线不
反映单相接地故障电流,B接线反映单相接地故
障电流.
3.2主变35kV侧K2点故障时电流分布
接地变直接接在35kV母线上K2点A相单
相接地故障时电流分布如图5（a）图,主变35kV
回路（CT2电流互感器）:
A相有故障电流,B,C
二相也有故障电流,并且一一一1/3×31.
一
.,.与,相位相同,因此流变回路中性线
上有故障电流.
接地变直接接在主变35kV回路上K点A
相接地故障时电流分布如图5（b）图,主变35kv
回路处电流互感器:
A,B,C三相均无故障电流,
因此电流互感器回路中性线上无故障电流.
K点故障,对两种小电阻接地方式不同接地
变所接位置,主变35kV侧电流互感器CT中性
线中所反映的零序故障电流刚好相反,A接线反
映单相接地故障电流,B接线不反映单相接地故
障电流.
（a）（b）
图5K2点A相单相接地故障时电流分布
4主变35kV零序电流保护范围分析
主
升级会员 