上海地区220kV变电站主变35kV侧零序电流保护范围分析.docx

1、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3

2、5kV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:Bl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

3、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35kV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35kV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22

4、0kV/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

5、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35kV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!.:

6、ll要.I.iiil.Iiiii(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

7、.,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.I4OIzI.这是小电阻接地系统的

8、阻抗参数的一个重要特点.32.3.2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jXgoZlZzRl十j(XK+X1)(1)式中Z正序阻抗;Z负序阻抗;R

9、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:1LI.1

10、1一IL12一10一II|1.)I.11+UI+U00(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IdJLl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UoEL1一干ELl干当3R比Rg.+jXg.的幅值大很多倍时有:令IN一3INn,Ic=一3Ic,则IN一3INnE/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:

11、/1.11一一一一式中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.ZoU.(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?,zuz+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,

12、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35kV母线上的电阻接地系统的接线情况.K点故障时电流

13、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IoL+Ic:=:2/33I.,Io与L,L相位相反,因此流变回路中性线上无故障电流.352007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35kV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35kV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

14、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,并且一一一1/331.一.,.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