變壓器ZN接線

1、城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)中接地變壓器零序保護接線方案作者：佚名|轉(zhuǎn)貼自：本站原創(chuàng)|點擊數(shù)：173 |更新時間：2005-4-6 |文 章錄入：xdxt 1引言隨著電力負荷的迅速增長，城市電網(wǎng)建設(shè)正如日中天。由于城市電網(wǎng)規(guī)模不 斷地擴建和延伸，受城區(qū)規(guī)劃、環(huán)保和場地等條件制約，市區(qū)變電所越來越多地 采用電纜饋線，以致10 kV系統(tǒng)單相對地電容電流大幅度增加。為抑制單相接 地時產(chǎn)生的過電壓幅值，一些大城市的10 kV電網(wǎng)開始采用低阻接地（接地故障 電流約為400600 A）接線方式，以便當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地時，根據(jù)接地點 所在位置，由相應(yīng)零序保護有選擇性動作將接地故障隔離，以防電孤重燃引

2、發(fā)過 電壓，保證電網(wǎng)中健全設(shè)備安全供電。通常城市變電所主變壓器（以下簡稱主變） 10 kV側(cè)為三角形接線，無中性點引出，為能形成人為中性點經(jīng)小電阻接地， 需配置ZN型接線的接地變壓器（以下簡稱曲折變）。本文就城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)中曲折變零序保護接線方案作些探 討。討論所依據(jù)的主接線圖中曲折變和所用變壓器分別設(shè)置，以減少曲折變的停 電幾率，保證10 kV接地系統(tǒng)穩(wěn)定運行；并假定系統(tǒng)發(fā)生金屬性直接接地，各 相參數(shù)對稱；同時忽略電纜饋線的電阻和絕緣泄漏電阻，接地故障時僅計及各段 10 kV系統(tǒng)單相等效電容對接地電流的影響。2 110 kV變電所中的曲折變零序保護2. 1 110 kV變電所

3、的10 kV電氣 主接線110 kV變電所的10 kV電氣主接線通常采用圖1單母線四分段接線，#1、 # 3主變低壓側(cè)不帶分支直接接于10 kV母線，# 2主變低壓側(cè)帶雙分支各接 一段10 kV母線。每臺主變10 kV引線上各設(shè)置1臺曲折變用于引接接地電阻。此主題相關(guān)圖片如下：2. 2曲折變零序保護方案曲折變的零序保護用于10 kV系統(tǒng)單相接地保護，按圖1中主變10 kV側(cè) 接線方式，可分為單分支進線的曲折變零序保護和雙分支進線的曲折變零序保護 兩種方案。2. 2. 1單分支進線的曲折變零序保護方案單分支進線的曲折變只需裝設(shè)零序過電流保護，保護由接于曲折變中性線電 流互感器的過流繼電器構(gòu)成，其

4、動作時限應(yīng)考慮與10 kV饋線的零序過流保護 相配合，保護動作后以較短時限跳開10 kV分段斷路器，并閉鎖備用電源自動 投入裝置；第二時限跳開主變低壓側(cè)斷路器(根據(jù)實際情況也可以不設(shè)這段時 限)；第三時限跳開主變高、低壓側(cè)全部斷路器。此保護接線簡單，動作可靠， 能有效隔離故障。當(dāng)然如單相接地故障發(fā)生于圖1中主變低壓側(cè)及其引線k1處， 按理此時不必動作10 kV分段斷路器及閉鎖備用電源自動投入裝置，只要跳開 主變高、低壓側(cè)斷路器已可將故障隔離，但為了簡化保護，允許此處發(fā)生接地故 障時按母線接地等同處理。2. 2. 2雙分支進線的曲折變零序保護方案對采用雙分支進線的#2主變，其曲折變零序保護接線方

5、案討論如下：曲折變中性線零序過電流保護方案此方案沿襲當(dāng)前普遍通行的設(shè)計，保護接于曲折變中性線電流互感器，它與 單分支進線的曲折變零序保護方案相同，當(dāng)10 kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障，保護以 較短時限同時動作于A、B段分段斷路器跳閘，并閉鎖各段備用電源自動投入裝 置；第二時限同時跳開主變低壓側(cè)的A、B分支斷路器；第三時限跳開主變高、 低壓側(cè)全部斷路器。眾所周知，#2主變10 kV側(cè)之所以分成A、B兩個分支 是為了提高對用戶供電的可靠性，即當(dāng)A段母線k2處發(fā)生接地故障或該段饋出 線接地且其保護或斷路器拒動，只要求跳開A段分段斷路器和分支斷路器并閉 鎖該段備用電源自動投入裝置就可將故障隔離，勿需牽及B段設(shè)

6、備同時跳閘， #2主變可繼續(xù)保證對B段用戶供電。無疑作為雙分支進線的曲折變零序保護， 本方案保護動作方式不盡人意，沒有積極體現(xiàn)電氣主接線設(shè)計意圖，降低了對用 戶供電的可靠性。主變低壓側(cè)分支零序過電流保護方案此方案需在每一分支上裝設(shè)零序過電流保護，接線也較簡單，每段進線的零 序過流繼電器分別接入主變低壓側(cè)各分支電流互感器零序電流接線。圖2畫出了 110 kV變電所中10 kV母線各處短路時的零序等值電路。圖中TAA、TAB分別表示由A、B分支電流互感器零序電流接線，RN為曲折變中性點接地電阻， CA、CB分別為10 kV各段饋電系統(tǒng)單相等效電容，U0為接地點的零序電壓， IRN為流經(jīng)曲折變的接地

7、電流，ICA、ICB分別為A、B各段饋電系統(tǒng)等效電容 提供的接地電流。如圖2（a）所示，當(dāng)A（或B）段k2處發(fā)生接地故障時，各分支TA中都有接 地故障電流通過，但電流數(shù)值大小不同。與接地故障段直接相連的A（或B）分支 TAA（或TAB）中流過的電流為流經(jīng)曲折變的接地故障電流IRN加上另一段饋電 系統(tǒng)的電容電流ICB（或ICA），與接地故障段不直接相連的B（或A）分支TAB（或 TAA）中流過的電流僅為本段饋電系統(tǒng)的電容電流ICB（或ICA），為使保護動作 具有選擇性，顯然各分支零序過流保護整定電流應(yīng)大于本段饋電系統(tǒng)等效電容提 供的接地電流。然而當(dāng)圖2（b）中所示k3處發(fā)生接地故障，曲折變中通過

8、的接 地故障電流已不流經(jīng)任何分支電流互感器，各分支TA中流過的電流僅為本段饋 電系統(tǒng)的電容電流，根據(jù)以上整定原則，各分支的零序過電流保護不會啟動?？?知此保護接線原理存在缺陷，根本無法清除k3處的接地故障電流，事實上不能 采用。此主題相關(guān)圖片如下：3）零序電流方向保護方案進一步分析圖2中的零序電流流向，可以看出流經(jīng)各分支的零序電流方向 將隨接地點的不同而改變。即當(dāng)k2處接地時，與接地故障處直接相連分支零序 電流方向指向10 kV母線，非直接相連分支的零序電流方向背離10 kV母線； 而當(dāng)k3處接地時，各分支的零序電流方向均背離10 kV母線。但無論何處接 地，曲折變中性線上總有接地電流通過且方

9、向不會改變。因此可采用圖3所示 邏輯構(gòu)成零序電流方向保護，其中零序電流I0采自曲折變中性線電流互感器， 零序方向P0A（或P0B）由各分支電流互感器零序電流接線的I0A（或I0B）和相 應(yīng)母線段的U0A（或U0B）產(chǎn)生，正方向指向各自10 kV母線。當(dāng)k2處發(fā)生接 地，與接地故障段直接相連分支的零序方向P0A以及曲折變中性線的零序電流 會同時動作，經(jīng)“與門啟動相關(guān)保護出口，動作方式與單分支接線的曲折變零序 保護相同，但其動作對象僅與故障段設(shè)備有關(guān)，不會擴大故障停電范圍，主變?nèi)?能繼續(xù)對非故障段用戶供電。當(dāng)k3處發(fā)生接地時，因為各段饋電系統(tǒng)的電容電 流均由10 kV母線流向k3處，即A（或B）分

10、支中零序電流方向都反向，各段與 門均被閉鎖，但由于曲折變中性線零序過電流啟動，經(jīng)t4延時后即可全跳變壓 器高、低壓各側(cè)斷路器將故障隔離，隨后各段母線備用電源自投裝置相繼動作， 由相應(yīng)主變恢復(fù)對10 kV負荷供電，從而提高了對用戶供電的可靠性。此主題相關(guān)圖片如下：經(jīng)對以上各方案討論可知，為滿足繼電保護選擇性和可靠性要求，有效隔離接地 故障，當(dāng)主變低壓側(cè)為雙分支進線時，推薦采用零序電流方向保護作為曲折變的 零序保護。3 220 kV變電所的曲折變零序保護3. 1 220 kV變電所的10 kV電氣主 接線220 kV變電所的10 kV電氣主接線見圖4?？紤]到不致因曲折變故障而影 響220 kV和1

11、10 kV系統(tǒng)運行，220 kV變電所中曲折變接于10 kV母線段 而不從主變低壓側(cè)出線處引接。同時由于220 kV變電所每臺主變的10 kV母 線均分成A、B兩個半段，為保證任何工況下每臺主變只接一臺曲折變，即只允 許一個人為接地點運行，曲折變按奇偶原則分別接于各自主變相對應(yīng)的10 kV 母線段上。此主題相關(guān)圖片如下：3.2 曲折變零序保護方案圖4中220 kV變電所各主變接線方式類同，各曲折變的零序保護方案基 本一致，故仍以#2主變?yōu)槔Ｅc前面討論過的110 kV主變低壓側(cè)為雙分支進 線的曲折變零序保護一樣，若僅在曲折變中性線上裝設(shè)簡單的零序過電流保護， 某些情況下當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時會擴

12、大故障停電范圍，以致分段斷路器及相應(yīng) 的備用電源自動投入裝置不能很好地發(fā)揮作用，從而降低了對用戶供電的可靠 性，因此原則上220 kV變電所的曲折變也需裝設(shè)零序電流方向保護。但因22 0 kV變電所和110 kV變電所的曲折變接線形式有所不同，對此還需作些討論。 圖5畫出了 220 kV變電所10 &側(cè)不同地點單相接地時的等值電路圖，其中 圖5(a)為未接曲折變的母線段單相接地等值電路，圖5(b)則是接有曲折變的母 線段單相接地等值電路，圖5(c)表示主變低壓側(cè)全分支電流互感器引線間單相 接地等值電路。圖中除TA0表示曲折變中性線上電流互感器外，其他文字標注 與圖2相同。此主題相關(guān)圖片如下：依

13、據(jù)圖5,可將不同地點接地時流經(jīng)各電流互感器一次側(cè)的電流方向列表如表1。此主題相關(guān)圖片如下：由表1所示電流不難看出，只有10 kV母線發(fā)生接地且與接地段直接相連的分 支其零序電流才自母線端流出，其他情況分支的零序電流均從母線端流入。當(dāng)設(shè) 定零序電流自母線端流出的方向為正，則220 kV變電所曲折變的零序保護邏輯 與圖3中設(shè)計的邏輯完全一致。為進一步闡明問題，可用疊加原理將10 kV系 統(tǒng)接地時的等值電路分解成曲折變部分等值電路和10 kV系統(tǒng)電容部分等值電 路(見圖6。圖中用虛線表示110 kV主變的曲折變及其接地電流)。盡管220 k V主變和110 kV主變的曲折變接線位置有所不同，但圖6(

14、b)中流經(jīng)各自曲折 變中性線TA的接地電流情況相同，與接地處無關(guān)，且k1處接地時流經(jīng)接地段 分支TA的零序電流方向也相同(為了簡化，圖中沒有畫出)；當(dāng)k2處接地，只 有110 kV主變的曲折變接地電流流經(jīng)接地段分支TA，方向自母線端流出，助 增了接地段分支零序方向啟動；而k3處接地，則只有220 kV主變的曲折變接 地電流流經(jīng)分支TA，但其方向從母線端流入，有助于零序電流方向不動作。所 以不論曲折變接于何處，曲折變的接地電流不會阻擾各分支零序電流方向正確動 作。圖6(c)則與曲折變接入位置無關(guān)，但從圖中10 kV系統(tǒng)電容電流的流向可 知(圖中僅表示k1處接地的電容電流)，正是它主導(dǎo)了各分支的零

15、序電流方向。 故此220 kV主變和110 kV主變的曲折變零序電流方向保護邏輯完全相同。此主題相關(guān)圖片如下：總之，按圖3設(shè)計的保護邏輯方案動作對象確切，不會擴大事故停電范圍，能 較好地滿足用戶對供電質(zhì)量的要求，適用于220 kV或110 kV主變低壓側(cè)為雙 分支接線的曲折變零序保護。但目前制造廠尚無此相應(yīng)系列產(chǎn)品，對于微機系列 保護，用軟件實現(xiàn)上述邏輯并不困難，建議廠家積極開發(fā)這一產(chǎn)品以滿足市場需 求。此外還需說明，以上分析僅基于金屬性接地故障，在制造及運行中應(yīng)考慮過 渡電阻等因素對零序電流方向的影響。另外，電流互感器斷線可能使零序電流方 向誤動，因此尚需考慮電流互感器斷線閉鎖措施。4結(jié)論城市電網(wǎng)10 kV低阻接地系統(tǒng)的曲折變零序電流保護方案歸納如下：接于曲折變中性線電流互感器的零序過電流保護方案，接線簡單，適用 于主變低壓側(cè)不帶分支(即單分支)接線的曲折變零序保護；為了避免10 kV系統(tǒng)單相接地時擴大故障停電范圍，提高對用戶供電的 可靠性，110 kV變電所中當(dāng)主變低壓側(cè)采用雙分支接線時，推薦采用零序電流方向保護作為曲折變零序