10kV小电阻接地系统接地变压器零序电流保护误动分析

10kV小电阻接地系统接地变压器

零序电流保护误动分析

袁　勇,李　凌

(三峡大学电气工程学院,湖北　宜昌　443002)

摘　要:介绍了小电阻接地系统的原理和运行方式,并就某变电所接地变压器零序电流保护误动的原因进行了深入的分析。指出两条馈线同一相先后发生高阻接地时,电流的叠加会造成接地变压器零序电流保护误动;两条馈线相继发生单相接地时,电流、时间的叠加也会造成接地变压器零序电流保护误动;馈线、接地变压器的零序电流互感器分别产生正负误差,同样会造成接地变压器零序电流保护误动。通过修改保护的定值,改善了接地变压器与馈线零序过电流保护的配合,解决了由上述原因造成的误动。

关键词:小电阻接地系统;零序电流保护;误动;相继故障

中图分类号:TM588 文献标识码:B 文章编号:100129529(2003)0620031203

Ana lysis of ma lfunction of ground i ng tran sfor m er’s zero-sequence

curren t protection i n10kV low resistance ground i ng syste m

YUA N Y ong,L I L ing

(E lectrical Engineering Institute of Sanxia U niv.,Y ichang443002,Ch ina)

Abstract:T he p rinci p le and operati on pattern of low resistance grounding system w ere introduced.T he rea2 sons of grounding transfo r m er’s zero2sequence p ro tecti on m alfuncti on in a substati on w ere p rofoundly ana2 lyzed.T he m alfuncti on is caused by superpo sed fault currents w hen tw o feeders are grounded successively at the sam e phase th rough h igh resistance w h ile the p ro tecti on of the first one is failed to act,o r caused by su2 perpo sed currents and ti m e w hen tw o feeders are grounded successively.W hen the zero sequence CT of grounding transfo r m er has negative erro r and that of feeder has a po sitive one and tw o currents m ay be al2 mo st equal.T h rough modifying the p ro tecti on setting values the m atch ing betw een p ro tecti on of grounding transfo r m er and that of feeder is i m p roved and finally the above p roblem s are so lved.

Key words:low resistance grounding system;zero2sequence current p ro tecti on;m alfuncti on;successive fault

近年来,城市10kV配电网大量采用地下电缆,使系统电容电流大大增加,为此,小电阻接地系统的应用得以发展。某变电站的10kV配电网中采用了中性电经小电阻(108)接地方式。投运以来,加快了单相接地故障的切除,但运行中常出现接地变压器零序保护误动,统计达13次之多。

1　接地系统的运行方式

由于主变压器10kV侧为三角形接法,接地电阻只能接在母线上的Z形接地变压器的中性点。同时,母线上另一接地变压器中性点仍接消弧线圈。母线分段运行,每段母线上均装设小电阻和消弧线圈,两段母线的消弧线圈补偿电流分别为变为中性点经消弧线圈接地运行方式。

2　零序电流保护的整定方式

(1)线路零序电流保护按躲过10kV系统中其它线路发生金属性单相接地故障时,流过本线路的零序电流的整定原则是其一次电流整定值为45A,动作时限整定为115s。

(2)接地变压器零序电流保护按与线路零序电流保护灵敏度相配合的原则来整定,其配合系数为112,一次电流整定值为5414A。动作时限整定为210s。

3　接地变压器零序电流保护误动分析

311　线路故障机理

2003年第6期华东电力31(0366)

当某一线路发生单相接地故障时,其零序等值电路如图1所示

。

图1　单相接地故障时零序等值电路

图中,U 0为线路发生接地故障所产生的零序电压源,I L ,I R 分别为流过故障线路和接地电阻的零序电流;

X 0c ,X Xh ,X

b

分别为线路对地电容,消弧线圈,接地变压器

的电抗值;R 为接地电阻值。

根据实际参数计算得,流过故障线路和接地电阻的零序电流的比值为K =I L I R =0198,约等于1。而接地变压器零序电流保护的整定值为5414A ,线路零序电流保护的整定值为45A ;两

者的比值为112,动作时间相差015s 。因此,当某一线路发生单相接地故障时,接地变压器零序电流保护不可能误动作。312　误动的原因

(1)2回线路同相接地的电流叠加

当一条线路经高阻接地(如经树枝接地时),由于故障电流小,保护不能动作;此后,另一条线路又经高阻接地。由叠加原理可知,线路及接地变的电流应为上述两种情况下电流的叠加。根据分段运行的两段母线上线路总电容电流为:I c =(90～180) 2A ,相应的X c =(202～404)

8,则I R 2 I C 2=I R 1 I C 1=X C (3R )2+X 2b =(202～404) 4812=412～814,

即:I C 2 I R 2=I C 1 I R 1=0.119～0.238,因此当出线数目取为10时,

I R =I R 1+I R 2

I ・

l 1≈I ・

l 1′

+1

n -1I C 2≈I R 1+(01119

～01238)I R 2I l 2≈I l 2′+11-n

I C 2≈I R 2+(01119～01238)I R 1从以上推导可看出,流过接地变的零序电流为两个电流I R 1和I R 2的叠加,而流经线路1的电

流为I R 1和(01119～01238)I R 2的叠加。显然,此时接地变上的电流和线路1上的电流比值不再接近于1∶1的关系,而存在流经接地变电流大于线路1电流的112倍的情况(接地变的零序电流保护整定为线路的112倍),同理可得流过接地变上的

零序电流也可能大于线路2上零序电流的112倍。这样,就可能出现线路1和线路2的电流未超过保护整定值而接地变压器电流超过其保护整定值的情况,此时接地变压器就会误动作。

(2)零序电流互感器的误差如果接地变压器零序电流互感器有-10%的误差,线路序电流互感器有+10%的误差,那么两者实际动作电流值分别为4916A 和4915A ,几乎相等。电磁型保护还要考虑电磁电流继电器的误差,这样就会造成接地变压器零序电流保护越级误跳闸。

(3)相继发生接地故障

当一条线路发生接地故障之后,在115s 之内线路电流保护和接地变压器零序电流保护都会启动,如在此期间另一条线路又发生接地故障时,即使前一条线路电流保护已动作跳闸,接地变压器零序电流保护仍然不会返回,因此会误动作跳开接地变压器器。

上述(1)、

(3)两种情况的发生虽然属于低概率事件,但同杆塔的架空线和同坑铺设的电缆遇到雷击或外力作用的情况,还是很可能发生的。

4　解决办法

发生上述接地变压器保护误动的原因是接地

变压器和线路零序电流保护的整定值配合不恰当。对此,必须修改整定值。

为了保证线路零序电流保护在线路接地故障时有足够的灵敏度,线路零序电流保护的整定值仍然保留原值不变,而只对接地变压器零序电流保护的整定值进行如下修改。

(1)为避免不同线路高阻接地时电流的叠加造成接地变压器零序电流保护的误动,接地变压器零序电流保护的电流整定值必须大于线路零序电流保护整定值的两倍。因此,接地变压器零序电流保护的电流整定值重新整定为92A 。

(2)为避免不同线路相继发生接地故障时时间的重叠造成接地变压器零序电流保护的误动,接地变压器零序电流保护的时间整定值必须大于接线路零序电流保护整定值的两倍。因此,其动作时间重新整定为312s 。

修改定值后,如A 、B 两条线路发生高阻接地故障,故障电流不足以使线路保护动作,其零序电流的叠加不大于2×45A ,小于92A ,接地变压器

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华东电力

2003年第6期