220kV變電所10千伏接地方式論證

1、220kV變電所10千伏接地方式論證1. 概述2. 電阻接地2.1 單相接地時故障基本分析2.2 參數(shù)選擇及設(shè)備選型3. 消弧線圈接地3.1 概述3.2 消弧線圈的選擇3.3 裝設(shè)消弧線圈的變壓器配置3.4 消弧線圈配置原則4. 本工程10千伏接地方式的選擇1. 概述隨著配電網(wǎng)的迅速發(fā)展，城區(qū)電纜線路星羅密布、電容電流猛增，配電網(wǎng)中性點不接地方式已不能保證安全供電的需要。如深圳市區(qū)10kV配電網(wǎng)中，接地電容電流超過30A的已占80%個別網(wǎng)絡(luò)電容電流達200A;再如上海地區(qū)1035kV配電網(wǎng)中，城區(qū)配電網(wǎng)的電容電流有的高達300500A。大電容電流配電網(wǎng)的分頻諧振過電壓、小電容電流網(wǎng)絡(luò)的弧光接地

2、過電壓、斷線諧振過電壓已構(gòu)成嚴重危害，1035kV設(shè)備故障頻繁。（據(jù)深圳市1992年1995年不完全統(tǒng)計，發(fā)生24次變電站主變10kV出口短路，一萬多安三相短路電流的沖擊，5臺容量為31.5MVA變壓器損害,變電站10kV高壓固定式、手車式開關(guān)柜燒壞事故屢有發(fā)生）。為了配電網(wǎng)的安全運行，各城市均對其進行了改造。一些大城市如北京、上海和沿海城市（深圳、廈門）采用小電阻接地的方式，而另一些城市如杭州等則采用消弧線圈接地。2. 電阻接地配電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻接地后，可降低單相接地時非故障相工頻過電壓，抑制弧光接地過電壓，消除PT諧振過電壓和大部分斷線諧振過電壓，優(yōu)化配電網(wǎng)工作狀況，改善10kV配電設(shè)備的

3、工作條件，提高配電網(wǎng)的運行可靠性，且接地保護方式簡單。2.1 中性點低電阻接地系統(tǒng)單相接地時故障基本分析由對稱分量法得出單相接地時復合序網(wǎng)圖（見圖1）。圖中R為中性點接地電阻；Xc為系統(tǒng)對地電容之容抗；Rg為故障點過渡電阻，忽略接地變壓器零序阻抗的影響。如取10kV配電網(wǎng)三相金屬性短路電流E/Zi=18kA（小于實際值），而單相金屬性短路電流3E/（2Zi+Zo）只是電容電流與中性點電阻有功電流之向量和，與各大城市的設(shè)計取值有關(guān)（如深圳市為385A上海市為500A）,兩者相差約3646倍，即E/Z產(chǎn)（3646）（3E）/（2Zi+Zo）,由此可得Zo=（106136）乙，故乙、乙可忽略不計，即

4、得等效電路（見圖2）圖！ A相接地時的復合序網(wǎng)圖圖2 A相接地等效蟒圖2.2 中性點低電阻接地系統(tǒng)參數(shù)選擇及設(shè)備選型2.2.1 中性點電阻值的選擇a）按限制過電壓的要求選擇當IR>1.5Ic時，可將過電壓限制到2.6Ud以下，而當Ir<1.5Ic后，限制過電壓的效果已變化很小，需按Ir=1.1Ic來選擇電阻值。考慮到最大電容電流可能比計算值稍大，且接地變壓器還有零序阻抗，一般R取值要比計算值小20%30%b）按10kV電力設(shè)備接地裝置的接觸電勢和跨步電勢不超過允許值的要求選擇城市配電網(wǎng)小電阻接地運行后，仍屬于小接地短路電流系統(tǒng)（總的接地故障電流小于等于1000A）,但單相接地時保護

5、動作跳閘，與大接地短路電流系統(tǒng)相同，故由接觸電勢、跨步電勢控制的保護接地裝置電阻值可按大接地短路電流考慮，宜滿足R=2000/I。按交流電氣裝置的接地規(guī)定，接地裝置的接地電阻應符合R=2000/I的要求，當不符合此要求時，可通過技術(shù)經(jīng)濟比較增大接地電阻，但不得大于5Q因為金屬性單相接地總故障電流為：2；2-Ig=JIC+IR式中IR已考慮了接地變壓器零序阻抗影響。故接地裝置的接地電阻需滿足R=2000/Ig<5.0Q的要求。由此可以驗算R取值是否符合要求。2.2.2 接地變壓器容量及型式選擇主妞器pA1Ty.BCiiCtiCaS3撞題器懶一單喊地電簫分槌a）型式從低零序阻抗、減小體積，減

6、少維護工作量，考慮消防等角度綜合起來，接地變壓器官選擇不帶二次繞組白干式曲折星形繞組變壓器一Z型變壓器（見圖3）。b）變壓器的額定電壓為系統(tǒng)額定線電壓。c）變壓器的容量，在考慮短時間（該時間與本接地保護是否做饋線接地保護的備用有密切關(guān)系）過負荷系數(shù)后，應與電阻器在該時間內(nèi)的熱容量相匹配。3.消弧線圈接地3.1 概述根據(jù)DL/T6201997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合第3.1.2條規(guī)定：3kV70kV不直接連接發(fā)電機的系統(tǒng)和35kV、66kV系統(tǒng)。當單相接地故障電容電流超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式：35kV、66kV 系統(tǒng):a） 3kV、10kV鋼筋混凝

7、土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有10A。b） 3kV、10kV非鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當電壓為：1） 3kV和6kV時，30A;2） 10kV時，20A。c） 3kVM0kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，30A。在當前城市供電絕大部分以電纜或以電纜為主，部分架空線路的情況下，很多電網(wǎng)的單相接地故障電容電流已經(jīng)超過上述數(shù)值，故需采取消弧線圈接地的方式。而消弧線圈的容量、臺數(shù)和裝設(shè)地點的確定，與電網(wǎng)可能的各種運行方式以及架空線架設(shè)排列方式和換位條件有關(guān)，同時還需考慮電網(wǎng)遠景發(fā)展的因數(shù)。消弧線圈一般裝設(shè)在樞紐變電所或發(fā)電廠的變壓器中性點。中性點裝設(shè)消弧線圈的電網(wǎng)稱為補償電網(wǎng)。3.2

8、消弧線圈的選擇3.2.1 消弧線圈的容量消弧線圈的容量應根據(jù)系統(tǒng)510年的發(fā)展規(guī)劃確定，并應按下式計算：W =1.351cUn3式中：W消弧線圈的容量，kVA;Il全電網(wǎng)接地電容電流，AUn系統(tǒng)標稱線電壓，kVo1.35一系數(shù)，包括計算誤差系數(shù)、氣候影響系數(shù)、過補償系數(shù)以及裕度儲備系數(shù)3.2.2 電容電流值的確定容量計算中的電容電流值，應取全電網(wǎng)線路（包括架空線路和電纜線路）的電容電流值，還應考慮由變電所造成電容電流的增值。計算時最好能取得各部分電容電流實測值，若無實測值時可采用估算方法或查表求得。3.2.3 補償電網(wǎng)的中性點位移電壓當補償電網(wǎng)的中性點位移電壓過高時，將會危及電網(wǎng)的絕緣安全，這

9、是不允許的。為保證絕緣的安全運行，中性點位移電壓極限值，一般控制在下列范圍內(nèi)：正常長期運行的允許值：不超過系統(tǒng)標稱相電壓的15%（即15%U）;一小時的允許值：不超過30%U;在事故瞬時運行時的允許值：不超過100%Ua）中性點位移電壓的表達式為:Uo=-*U:v-jd取模Uov2d2U :式中，Uo-中性點位移電壓，kVU中一電網(wǎng)額定相電壓，kVP補償電網(wǎng)不對稱度，由線路各相對地電容不相等所產(chǎn)生。常用的不對稱度數(shù)據(jù)見下表線路布置形式不對稱度（P）備注架空線路完全換位0完全不換位3.5%對35kV110kV線路一般架空線路0.5%-1.5%1以上用于在變電站母線上換位的分段架空線路*電纜線路0

10、無論二芯或單芯電纜各相芯線對地（外皮），都處于對稱的位置通常估算中，取不對稱度p=0.8%,若不能滿足中性點位移電壓UE15%U時，則應對架空線路采取換位措施。V補償電網(wǎng)的脫諧度；2Ca二 Cb： CcP 二Ca 9Ccc各相對地電容d補償電網(wǎng)的阻尼率b）不對稱度P式中Ca、Cb、Cc為線路a、b、a之、a一分別為:具有1+a+a2=0C）脫諧度式中IL消弧線圈選定抽頭的工作電流，AK補償電網(wǎng)的調(diào)諧度，為IL與IC之比在不同電壓等級的補償電網(wǎng)，脫諧度一般不應大于10%為了使電網(wǎng)在發(fā)生單相瞬間接地故障時，接地電弧能一次或瞬間自行熄滅和降低電弧接地電壓；在滿足正常運行條件中性點位移電壓不超過15%

11、»定相電壓的條件下，脫諧度和通過故障點的殘流值宜越小越好。d）阻尼率d,1Rd=CaCbCc1111131,III1I1Rrarbrc%r0式中ra、rb、rc分別為線路a、b、c各相對地泄露電阻，Qr。一消弧線圈內(nèi)有功損耗的等效電阻，QU 100 r。= *，Il P%P% = PL 100Ql式中Pl一消弧線圈的有功損耗，一般約為其補償容量的1.5、2.0%。阻尼率d由線路的絕緣等級確定，且隨消弧線圈抽頭位置不同而改變的程度極微，一般可視為定值。正常具有消弧線圈補償?shù)募芸站€路的d值一般不超過3-5%范圍，其中較小值用于60-110kV電網(wǎng)，較大值用于35kV及以下電網(wǎng)。但當絕緣積

12、污并受潮情況下，d值可增大到10%電纜線路的d值通常不超過214%勺范圍，但在有老化了的絕緣存在時，d值也可達10批右。3.3 裝設(shè)消弧線圈的變壓器配置消弧線圈是電網(wǎng)的零序性質(zhì)負荷，所以它宜裝在零序阻抗較小的變壓器上，如有三角形接線繞組的變壓器，以減少變壓器零序阻抗對消弧線圈的寒流效應，充分發(fā)揮消弧線圈的作用，同時還應考慮變壓器接入消弧線圈后，當單相接地時引起變壓器過負荷發(fā)熱問題，這是由于消弧線圈補償?shù)碾娋W(wǎng)允許帶單相接地故障（設(shè)c相故障）運行M2小時，此時變壓器各相繞組中除有正常額定相電流通過外，還將有IL、Ica、Icb通過（如圖4所示）。因此還應使變壓器此時的過負荷不超過30%（一般變壓器

13、允許過負荷30%!行兩小時）。故應按下列原則配置：Si酒喊翩彩帆單相接地時電流施法3.3.1 消弧線圈直接于YN,d或YN,yn,d接線的變壓器中性點上，也可接在ZN,yn接線的變壓器中性點上。3.3.2 接于YNd接線的雙繞組變壓器中性點上的消弧線圈容量，不應超過變壓器三相總?cè)萘康?0%3.3.3 接于YNyn,d接線的三繞組變壓器中性點上的消弧線圈容量，不應超過變壓器三相總?cè)萘康?0%并不得大于三繞組變壓器的任一繞組的容量。3.3.4 如需將消弧線圈接于YNyn接線的變壓器中性點，消弧線圈的容量不應超過變壓器三相總?cè)萘康?0%3.3.5 對零序磁通經(jīng)鐵芯自成閉路的YNyn接線的變壓器，如外

14、鐵型變壓器或三臺單相變壓器組成的變壓器組，其中性點不能接入消弧線圈。這是因為這樣不僅會使變壓器鐵損增大，同時因變壓器零序壓降較大，將會降低消弧線圈利用容量。而對具有三角形接線的單相變壓器組，不受這一限制。3.3.6 如變壓器無中性點或中性點未引出，應裝設(shè)專用接地變壓器，其容量應與消弧線圈的容量相配合。在工程實踐中，通常取變壓器容量和消弧線圈容量相等或大一個等級。3.3.7 裝設(shè)消弧線圈的變壓器中性點的過電壓保護3.3.7.1 裝設(shè)消弧線圈的變壓器中性點是否需采用避雷器保護，要由過電壓水平來決定，一般在消弧線圈補償?shù)碾娏W(wǎng)中，當開斷兩相接地短路故障所引起的過電壓不超過相電壓兩倍，就不要在變壓器中

15、性點裝設(shè)避雷器保護，反之，若高于2倍，則應裝設(shè)避雷器保護。3.3.7.2 在DL/T6201997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合7.3.5條規(guī)定，中性點接有消弧線圈的變壓器，如有單進線運行可能，應在中性點裝設(shè)保護裝置。該保護裝置可任選金屬氧化物避雷器或碳化硅普通閥式避雷器；而在4.2.6b）條又說明，在可能只帶一條線路運行的變壓器中性點消弧線圈上，宜用閥式避雷器限制切除最后一條線路兩相接地故障時，強制開斷消弧線圈電流在其上產(chǎn)生的過電壓。因此，這種情況下，直選用碳化硅普通閥式避雷器。其不同電壓等級的變壓器中性點避雷器可參考下表配置。電力系統(tǒng)額定電壓(kV)避雷器型號避雷器滅弧電壓有效值(kV

16、)避雷器工頻放電電壓肩效值(kV6FZ-33.89-1110FZ-67.616-1915FZ-1012.726-3135FZ-202549-60.560FZ-405098-121110FZ-6070.5140-1733.3.7.3 過電壓值可按下式計算：U.1U.0U=2C2式中L消弧線圈電感，L=U*亨利IlC全電力網(wǎng)接地電容，法拉110.LC3.4消弧線圈的相關(guān)配置原則3.4.1 消弧線圈接地系統(tǒng)故障點的殘余電流不宜超過10A,必要時可將系統(tǒng)分區(qū)運行。且消弧線圈宜采用過補償運行方式。3.4.2 消弧線圈的容量應選擇適當，如果太大，則消弧線圈容量不能充分利用，并給調(diào)諧帶來困難；如果太小，則當

17、電網(wǎng)分解為幾個部分運行或幾個地區(qū)電網(wǎng)并列運行時，都可能出現(xiàn)欠補償?shù)那闆r。當考慮電網(wǎng)發(fā)展條件，予以選用較大容量的消弧線圈時，應考慮所選用消弧線圈工作電流下限值能否與最小運行方式時的電容電流相適應。不過隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可自動測量電網(wǎng)中電容電流，并隨時自動地無級調(diào)節(jié)消弧線圈容量的新型消弧線圈已開始大量用于10千伏電網(wǎng)，這樣除了消弧線圈最大容量需考慮能否與電網(wǎng)最大運行方式時的電容電流相適應外，其它問題已經(jīng)隨著科技的進步得到妥善解決。3.4.3 消弧線圈的臺數(shù)和配置地點，要根據(jù)電網(wǎng)實際可能的幾種運行方式以及遠景可能發(fā)展條件來決定，使電網(wǎng)每一獨立部分都具有足夠的補償容量。即應保證系統(tǒng)在任何運行方式下，斷開一、二回線路時，大部分不致失去補償。3.4.4 不宜將多臺消弧線圈集中安裝在系統(tǒng)中的一處。4.本工程10千伏接地方式的選擇綜上所述，當采用消弧線圈接地時，供電線路可在單相接地故障條件下繼續(xù)運行，對供電可靠性的提高大有幫助。而且新型消弧線圈又可自動測量電網(wǎng)中電容電流，并隨時根據(jù)測量結(jié)果，自動地無級調(diào)節(jié)消弧線圈容量，以匹配電網(wǎng)不同運行方式時的電容電流，所以只要在選型時考慮到足夠的容量裕度，那么無論電