小电阻接地系统中接地变压器零序电流保护改进_宁国丽

（1）
故障支路 B 零序电流为
I0B= U0·3 j ω CB- （U0·3 j ω C + U0 ／ RN）
（2）
其 中 ，U0 为 系 统 单 相 接 地 故 障 时 中 性 点 电 压 ；CA 为
A 支路对地电容；CB 为 B 支路对地电容；C 为两支路
对地电容之和；RN 为系统接地电阻值。 对于小电阻接
为了提高对用户供电的可靠性，但采用上述零序电 流保护动作同时跳开 A、B 分支断路器的方式后，保 护失去了选择性，扩大了单相接地故障的事故停电 范 围 ，降 低 了 对 用 户 供 电 的 可 靠 性 ［7］。
T1
T2
T3
接
接
接
地
地
地
变
变
变
RN
I0 RN
RN
K5 I0A
QF3
QF1
A
K7
K2
K6
K1
优先切除故障分支的分段断路器，减少不必要的负
荷损失。 具体的新型接地变的零序过流保护逻辑方
案如图 2 所示。
图 2 中，I0、I0A、I0B 为图 1 中相应标示位置流过的 零序电流幅值；k 为 A、B 2 个分支零序电流比幅大
小的比例门槛定值；I0SA、I0SB 为 对 应 各 自 分 支 零 序 电 流 动 作 的 最 低 门 槛 。 I0set 为 传 统 的 接 地 变 零 序 过 流 保护门槛定值；ts1 ~ ts3 为零序过流保护的一段至三段 的延时定值。
1 现有接地变的零序保护方案
目前变电站中，接地变的接线方式主要分为 2 种。 方式 1：接地变直接接于变压器低压侧母线桥处，不 设隔离断路器及刀闸，接地电阻经接地变中性点接 地，视接地变与变压器为一个整体，任何一部分发生 故障，变压器保护均跳闸。 方式 2：视接地变为独立的 设备，接地变占用一个独立间隔，接在母线处［7］。 天津电 网目前普遍采用方式 1，下面讨论的接地变的零序
目前，接地变的零序过流保护一般有 2 种装置配 置方案。 一种是将接地变的保护功能集成在主备一 体化的微机型变压器保护设置中，通过在接地变对 应的主变保护装置增加采集接地变三相电流、零序
第5对应的保护逻辑功能来实现。 另一种为专门 设置接地变保护装置，由该装置单独采集接地变的 三相电流和零序电流来实现对接地变的保护。
天津市电力公 司 在 110 kV 及 以 上 等 级 变 电 站 的主变保护功能配置的标准化工作中，对于有接地变 的 110 kV 及以上等级变电站均 将 接 地 变 的 保 护 功 能直接集成于主变保护装置。 iPACS-5941 型成套主 变保护装置即是根据天津地区主变功能标准化标准 制定的一款主备保护一体的主变保护装置，在其中 实现了 6 侧差动的主保护和 5 侧后备保护以及接地 变的保护功能。 通过对 iPACS-5941 型主变成套保护 装置进行软件改造，已成功地将上述改进的接地变 零序过流保护方案应用于实际工程中。
I0 > I0set
＆
I0A > I0SA
＆
I0A > kI0B
I0B > I0SB
＆
≥1
＆
I0B > kI0A
I0 > I0set
＆ I0 > I0set
0 ts1 0 ts2 0 ts3 0 ts1 0 ts2 0 ts3 0 ts1 0 ts2 0 ts3
跳分支 A 分段开关 跳分支 A 变压器全跳 跳分支 A、B 分段开关 跳分支 A、B 变压器全跳 跳分支 B 分段开关 跳分支 B 变压器全跳
根据变压器低压侧是否为分支接线，接地变的 零序保护方案可分为单分支进线的接地变零序保护
和双分支进线的零序保护 2 种，单分支接线如图 1 中 主变 T1 所示，双分支接线如图 1 中主变 T2 所示。 对于 单分支接线变压器低压侧接地变的零序保护，典型 保 护 由 接 于 接 地 变 中 性 线 的 TA 的 过 流 继 电 器 构 成，其动作时限与主变低压侧馈线的零序过流保护 相配合，保护动作后第一时限跳开主变低压侧分段 断路器，第二时限跳开主变低压侧开关，第三时限跳 开主变各侧开关。 对单分支接线，本保护方案简单、 可靠。
并提高实用性，现提出以下新型保护方案。 小电阻接
地系统单相接地故障电流的大小决定于系统中性点
接地位置的阻抗、电网的对地电容以及故障点的过
渡电阻［6］。 以图 1 为例，假设 K4 处发生故障，根据文 献［6］分析和计算，当故障发生时有下列式子成立。
健全支路 A 零序电流为
I0A = U0·3 j ω CA
为能在微机型继电保护装置实现上述改进的接 地变零序过流保护方案，要求保护装置能够采集接 地变零序电流 I0 用于零序过流保护判别，同时装置还 需采集 A 分支三相电流和 B 分支三相电流后计算 流过 A、B 分支的零序电流，或者直接采集 A、B 分支 的零序电流用于判别故障分支。 当接地变功能配置 集成于主备一体的主变保护中时，主备一体的主变 保护装置已经具备了上述方案要求的全部模拟量， 仅需要修改软件逻辑部分即可实现该保护逻辑，无 需对现有设备硬件和接线进行改造。 如需要在单独 设置的接地变保护装置中实现上述保护方案则需要 该装置增加接入 A、B 2 个分支的零序电流，除软件更 新外还需要进行硬件和接线的改造。 对于已经投运的 装置实现比较困难。 由此也说明了在低电压等级应 用主备一体化的微机保护后的现场适应能力较强。
对于低压侧双分支接线，目前做法与单分支的 类 似 ，即 保 护 由 接 于 接 地 变 中 性 线 的 TA 的 过流继 电器构成，第一时限跳开 A、B 分支的 2 个分段断路 器，第二时限跳开主变低压侧 A、B 分支，第三时限跳 开主变各侧开关。 变压器低压侧采用双分支接线是
电力自动化设备
第 31 卷
摘要： 配网中性点经小电阻接地方式下发生单相接地故障时，传统的主变低压侧接地变压器的零序电流保
护方案在保护动作时可能会不必要地跳开变压器低压侧 2 个分支断路器，导致事故停电范围扩大。 现提出一
种改进方案：利用故障发生时变压器低压侧两分支中流过的零序故障电流分布特征识别变压器低压侧故障
分支，优先切除故障分支，避免停电范围扩大，当无法确定故障分支时，同时切除 2 个分支，避免故障发展。 该
0 引言
近期由于受城区规划、环保和场地等条件制约， 电缆馈线的应用越来越多，使配网系统对地电容电流 大幅增加，导致经消弧线圈接地系统存在单相接 地 时 产生严重过电压、故障电流偏小造成故障定位难、 消弧线圈自动跟踪补偿困难等问题。 因此，大城市的 配网系统普遍开始采取经小电阻接地方式 。 ［1-7］
地系统中，系统正常情况下对地电容 C 的数值远小
于 1 ／ RN，由此根据式（1）和式（2）可得出：
I0A < I0B
（3）
因此，在小电阻接地系统中的绝大部分故障情
况下，利用故障发生时变压器低压侧 2 个分支中流
过的零序故障电流的分布特征进行判别，即可识别
变压器低压侧存在故障的支路，进而实现有选择地
辑，在第一时限 ts1 直接切除 A、B 2 个分支的分段开 关 ，第 二 时 限 ts2 直 接 切 除 A、B 2 个 分 支 ，第 三 时 限 ts3 再切除变压器各侧。 逻辑图中定值 I0SA、I0SB、k 除少 数极端情况下需要进行特殊设置，一般 I0SA、I0SB 按躲 过 系 统 中 最 大 电 容 电 流 和 不 平 衡 电 流 固 化 ，k 值 可 固定取 1.5 ~ 2，由生产厂家固定为内部参数即可满 足绝大部分系统的需求，并不需要额外进行整定。 如 果遇有特殊系统还可开放 I0SA、I0SB 和 k 值的整定，以 适应特殊的系统需求。
I0B
QF2
QF4
B
K3
K4
K9 K8
图 1 接地变压器接线示意图 Fig.1 Wiring of grounding transformer
2 新型接地变零序电流保护方案
接 地 系 统 的 故 障 选 线 方 式 多 种 多 样 ［9- 13］， 但 为 适
应系统运行的实际需求和减少保护方案的复杂性，
收稿日期：2010 - 08 - 30；修回日期：2011 - 03 - 04
保护方案亦基于接线方式 1。 天津地区 10 kV 小电阻接地系统接地阻值为 10 Ω，
热稳定电流 600 A ／ 10 s，系统发生接地故障时故障 电流限制在 600 A 以内，零序过流定值一般整定在 120 A 左右。 为防止 TA 严重饱和，110 kV 和 220 kV 变压器的 10 kV 侧断路器配置的 TA 变比一般配置 范围在（2000~3000）A ／ 5 A。 如就地配置零序过流保 护，按一般微机型保护装置整定值规范的最小定值 0.5 A（二 次 值 ）考 虑 ，其 对 应 的 一 次 故 障 电 流 至 少 200 A，远大 于 120 A 的 门 槛 值 ，因 此 无 法 就 地 配 置 零序保护。 而在接地变中性线配置有变比 150 A ／ 5 A 的专用零序 TA，可以配置有效的零序过流保护，因此 110 kV 和 220 kV 变压器 10 kV 侧的 零 序 保 护 功 能 一般由接地变零序过流保护采用联跳方式完成。
方案可在仅对现场设备进行软件改造的基础上实现，且不需要在传统方案基础上增加额外整定值。 该保护方
案已经在 iPACS-5941 变压器成套保护装置上成功应用。
关键词： 小电阻接地； 接地变压器； 零序电流保护； iPACS-5941
中图分类号： TM 772
文献标识码： A
文章编号： 1006 － 6047（2011）05 － 0141 － 04
相比现有保护方案，新方案在保证传统方案功 能的前提下提供了故障切除的智能选择，有效缩小 了负荷切除范围，最大可能地保护了用电负荷，且新 方案相比传统方案仅仅需要多使用 2 个分支的电 流，与 判 别 零 序 方 向 的 保 护 方 案 ［7］相 比 可 不 必 使 用 电 压，降低了方案的复杂性。