35kv系統(tǒng)小電阻接地改造方案

35kv系統(tǒng)小電阻接地改造方案

0經(jīng)消電弧圈接地方式原因分析及建議青島電網(wǎng)220kv麗江港站35kv系統(tǒng)主要用于市政負荷。近年來，隨著城市建設(shè)的加快，高架線路繼續(xù)南下，電纜線路的比例逐年增加。目前該站35kV電纜線路約占54%,電容電流已達300A,預(yù)計最大可達600A。該系統(tǒng)所帶35kV變電站接線組別為Y/Δ接線,部分變電站Y側(cè)經(jīng)消弧線圈接地,采取分散補償?shù)姆绞健５S著電纜線路的增多,電容電流不斷增大,原先采用經(jīng)消弧線圈補償?shù)姆绞皆趯嶋H運行中暴露出以下問題:①為適應(yīng)不斷增長的電容電流的要求,需不斷增加消弧線圈數(shù)量以增加其補償容量,很不經(jīng)濟。②35kV線路在運行中操作較多,消弧線圈數(shù)量太多導(dǎo)致對分接頭的及時調(diào)整有困難,若電容電流計算值或測量值不準確,補償度調(diào)節(jié)不好,系統(tǒng)接地時易出現(xiàn)諧振過電壓。③發(fā)生單相接地故障時,另兩相電壓升高,對一些因施工質(zhì)量或其他原因?qū)е碌碾娎|絕緣薄弱點,在試拉線路或?qū)€路分段過程中,易引起其它相絕緣擊穿造成相間短路或兩點接地故障,導(dǎo)致電纜嚴重損壞。鑒于以上因素,南京路站35kV系統(tǒng)擬改為中性點經(jīng)小電阻接地的方式。雖然這種方式在我國許多城市如上海、廣州、北京已運行多年,取得了不少寶貴經(jīng)驗,但目前國內(nèi)只有上海、天津等幾個城市35kV系統(tǒng)采用中性點經(jīng)小電阻接地方式,且35kV側(cè)主接線簡單,均為單母線分段接線,正常為兩段母線分列運行,分段開關(guān)熱備用。由于南京路變電站35kV側(cè)為雙母線接線,正常為兩段母線并列運行,針對這個特點,對南京路Z型接地變的設(shè)置方案及容量選擇、運行操作等方面需注意的問題進行了探討,并比較了經(jīng)小電阻接地的主變壓器差動保護的幾種配置方案,提出了一種新的適合小電阻接地系統(tǒng)的主變壓器差動保護方案。1方案和z型改變的選擇1.1z型接地變南京路變電站現(xiàn)運行兩臺容量為240MVA的三卷變壓器,電壓變比為220/35/10.5kV,接線組別為Y/Δ/Y,其中220kV、35kV為雙母線帶旁路接線,由于主變35kV側(cè)為△形接線,沒有中性點引出,因此擬采用Z型接地變壓器中性點經(jīng)小電阻接地的方式。由于南京路站是一個已有20多年運行歷史的老站,35kV間隔已經(jīng)全部被占用,沒有空間隔給接地變專用。因此Z型接地變只有以下兩種設(shè)置方案可選。方案一:Z型接地變與所用變“二合一”,原35kV所用變35kV側(cè)為熔絲,沒設(shè)開關(guān),需要此間隔進行改造,加裝開關(guān)及保護。此方案的優(yōu)點:節(jié)省一次設(shè)備投資;接地變故障保護動作只聯(lián)跳主變35kV側(cè)開關(guān),保證其他側(cè)繼續(xù)運行。缺點:可靠性差,Z型接地變受所用變低壓側(cè)影響,增加了掉閘幾率,降低了可靠性。如圖1所示。方案二:單獨增設(shè)Z型接地變,接于變壓器的出口處。優(yōu)點:減少了接地變的停電幾率。缺點:增加了一次設(shè)備的投資;接地變故障需跳主變各側(cè)開關(guān)。如圖2所示?？紤]南京路站供電負荷均為市區(qū)重要負荷,供電可靠性應(yīng)放在第一位,因此Z型變的設(shè)置方式采用方案二,每臺主變出口均安裝一臺Z接地變并在接地變中性點加裝電阻。1.2電阻迅速投入對于10kV配電網(wǎng),由于其運行方式簡單,因此接地變的容量主要由接地電流及熱穩(wěn)定條件確定,不需要考慮其它因素。但對于南京路站35kV系統(tǒng)選擇接地變?nèi)萘窟€需考慮其主接線形式及正常運行方式。正常方式下,南京路站35kV雙母線并列運行。為了避免一個系統(tǒng)兩個接地電阻同時運行,當35kV雙母線并列運行時,只能投入一組接地變及接地電阻,另一組需停用,但在35kV分母線運行或運行的接地變及接地電阻有故障,需將備用的接地變及接地電阻迅速投入。考慮現(xiàn)場條件,為了保證靈活投停,只有在Z型接地變35kV側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān),根據(jù)調(diào)度規(guī)程規(guī)定,“在未裝開關(guān)的回路中,使用戶外三相聯(lián)動隔離開關(guān)可開、合35kV容量不超過3200KVA的空載變壓器”,因此根據(jù)雙母線并列運行的需要,為滿足運行中需要切換的要求,選擇的接地變的容量不能超過3200KVA。國內(nèi)外許多研究機構(gòu)的大量試驗和計算表明,當中性點電阻上流過的單相接地電流等于電容電流時,可將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在2.5倍以內(nèi)。當中性點電阻上流過的單相接地電流等于4倍電容電流,可將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在2倍以內(nèi)。目前南京路站35kV電容電流最大已達300A,考慮到系統(tǒng)將來的發(fā)展及繼電保護靈敏度,選擇單相接地電流最大允許值為2000A。當單相接地電流最大允許值為2000A時,如按10s熱穩(wěn)定條件考慮,接地變繞組的額定電流應(yīng)為短路時流過繞組電流的1/10.5,當單相接地電流為2000A時,接地變?nèi)萘繎?yīng)為3850KVA,不滿足運行操作的要求,考慮單相接地時繼電保護一般情況下可在5s內(nèi)切除故障,因此接地變?nèi)萘靠砂?s的熱穩(wěn)定條件考慮。如按6s熱穩(wěn)定條件考慮,繞組的額定電流應(yīng)為短路時流過繞組電流的1/15,接地變?nèi)萘繎?yīng)為2695KVA,滿足運行操作的需要。綜合以上因素考慮,南京路站接地變?nèi)萘靠砂?s熱穩(wěn)定條件選取為2800KVA(標準容量),這樣選擇既能滿足運行操作要求又能滿足接地電流允許值的要求。1.3網(wǎng)絡(luò)相阻值的計算對于小電阻接地系統(tǒng),中性點電阻的阻值可依據(jù)公式RN=UX/(2~3)IC求得。其中RN為中性點電阻的阻值,單位Ω;UX為網(wǎng)絡(luò)相電壓,單位V;IC為電網(wǎng)單相接地時的電容電流,單位A。2接地電阻同時陣列運行為保證供電可靠性,南京路站正常方式下,35kV雙母線并列運行,因此35kV實際上為一個系統(tǒng),正常運行情況下不允許兩臺接地電阻同時并列運行,即只允許一臺主變帶接地裝置運行,另一臺主變運行,但接地裝置備用,以免接地電流過大,引起設(shè)備損壞及保護失去選擇性。由于兩臺接地電阻一臺運行,一臺備用,在運行中需要注意正確處理“失地”問題,需要考慮安全切換兩臺接地裝置問題,需要考慮接地保護可能拒動問題。2.1跳主變各側(cè)開關(guān)電阻接地系統(tǒng)在正常運行方式下不允許失去接地點運行,但對于雙母線并列運行方式在一些事故情況可能造成系統(tǒng)“失地”,為了保證電網(wǎng)安全運行,系統(tǒng)“失地”后,運行人員需正確判斷事故情況,迅速投入接地裝置。接地變的零序電流保護一般不設(shè)跳母聯(lián)的回路,短時限跳主變35kV開關(guān),長時限跳主變各側(cè)開關(guān),以區(qū)分故障點在出線或母線還是在變壓器內(nèi)。以下情況可能造成35kV系統(tǒng)“失地”:①某條35kV線路發(fā)生單相故障而開關(guān)拒動;②35kV母線單相接地;③接地變保護范圍內(nèi)發(fā)生故障;④#1變保護范圍內(nèi)發(fā)生故障;⑤#1變所在甲母線的某條35kV線路發(fā)生相間故障但開關(guān)拒動。其中①②③④都會造成#1變跳閘,但#2變繼續(xù)運行,35kV系統(tǒng)成為不接地系統(tǒng),此時可根據(jù)保護動作行為以及35kV母線有無單相接地信號發(fā)出來分析故障點的位置。成為不接地系統(tǒng)后,若有單相接地信號發(fā)出,則判斷可能是①②引起的,①會有保護動作信號發(fā)出,②則需要運行人員到現(xiàn)場查找故障點。若沒有單相接地信號發(fā)出,則說明故障點已經(jīng)被隔離,可合上#2變接地裝置繼續(xù)運行。對于⑤則主變的后備保護會先跳開35kV母聯(lián)開關(guān),再跳開#1變各側(cè)開關(guān)。#1變所帶系統(tǒng)按照相間故障的處理方法進行恢復(fù),#2變可合上接地裝置帶乙母線繼續(xù)運行。2.2隔離開關(guān)前后相接地信號的傳遞兩臺接地裝置切換操作時,如果此時35kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障,會發(fā)生帶故障電流拉刀閘的事故,這對運行操作人員非常危險,因此操作接地裝置的隔離開關(guān)前后要密切監(jiān)視系統(tǒng)有無單相接地信號發(fā)出。為確保人身安全,可采用電動操作的隔離開關(guān),在隔離開關(guān)的拉、合電氣回路中接入35kV母線零序電壓、低電壓閉鎖接點,在有接地故障時自動閉鎖操作回路。2.3過渡電阻的影響當線路經(jīng)過渡電阻接地時,流過保護的單相接地故障電流減小,保護裝置的靈敏度降低。對于電纜線路,單相接地時的過渡電阻一般比較小,可以保證保護裝置有足夠的靈敏度。而對于架空線路,有多數(shù)情況下的單相接地故障都具有較大的過渡電阻,當過渡電阻很大時,保護裝置的靈敏度可能滿足不了要求。因此對于小電阻接地系統(tǒng),為了保證安全運行,運行人員仍應(yīng)加強對接地變壓器零序電流、線路零序電流、尤其是母線零序電壓等的監(jiān)視,以避免系統(tǒng)長時間接地運行,對設(shè)備造成損害。3方案三:一種變差動保護+ct南京路站為三卷變壓器,由于Z型接地變安裝于主變壓器35kV側(cè)出口處(如前面圖2所示),當35kV配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,將有零序電流通過主變35kV開關(guān)流向接地變,僅在主變低壓側(cè)二次回路出現(xiàn)零序電流分量,從而在主變差動回路中形成零序差流,若零序差流大于差動保護電流啟動值時,差動保護將會誤動。因此主變差動保護需考慮Z型接地變的存在,避免區(qū)外單相故障造成差動保護誤動事故。對于如何在差動保護中消除零序電流有以下方案可供選擇。方案一:Z型變配置差動CT,接于原主變差動保護回路中,利用外部措施消除零序差流。此方案的優(yōu)點為利用硬件消除零序差流,如果在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時,不影響保護的靈敏度;如果在保護區(qū)外發(fā)生故障時,只要差動CT接線正確,能可靠制動。缺點為①因Z型接地變正常運行方式下電流較小無法帶負荷測量差動保護向量圖,如果此分支CT接線不正確,35kV出線或母線單相接地故障時可導(dǎo)致主變差動保護誤動,影響供電可靠性。②加裝三相CT,需要增加投資并增加差動保護回路接線的復(fù)雜性,也對保護裝置提出更高的要求,對于三卷變壓器差動保護需具備四側(cè)差動功能。方案二:Z型變不配置差動CT,主變差動保護在軟件上實現(xiàn)濾除零序分量,不同保護生產(chǎn)廠家根據(jù)變壓器的接線形式采取了不同的方法,在此不再重復(fù)。此方案的優(yōu)點為主變差動保護接線簡單,對差動保護裝置的硬件沒有特殊要求。缺點為由于差流中濾去了零序電流,區(qū)內(nèi)故障發(fā)生接地故障時差動保護靈敏度較差。方案三:保護裝置硬件和軟件上均不采取措施濾除零序分量,在變壓器差動保護整定時考慮躲過配電系統(tǒng)接地故障時的最大零序電流。此方案的最大缺點是差動保護啟動值需躲過區(qū)外故障最大零序電流,抬高了動作門坎,降低了差動保護的靈敏度。針對以上三種方案的優(yōu)缺點,筆者提出一種新的適合小電阻接地系統(tǒng)的主變差動保護配置方案。即Z型變不配置差動CT,利用Z型變中性點的零序CT,將該CT接入變壓器差動保護裝置,即在差動保護軟件中計算差流時計入Z型變中性點零序CT上流過的零序電流。因為區(qū)內(nèi)接地故障時零序電流只來自Z型變中性點零序CT,區(qū)外接地故障35kV受總開關(guān)處CT和接地變中性點CT兩者感受的零序電流大小相等方向相反,可利用這一特點只對區(qū)外故障濾除零序電流,這樣不會降低變壓器區(qū)內(nèi)故障時的靈敏度。建議微機保護廠家結(jié)合以上方案開發(fā)出專門用于小電阻接地系統(tǒng)的主變差動保護,保護裝置在硬件上既具備輸入四側(cè)電流的功能,又具備輸入中性點CT電流的功能,軟件上既具備利用自產(chǎn)零序計算差流功能,又具備利用外接零序計算差流功能,各種功能可通過軟控制字投退,以便于用戶根據(jù)現(xiàn)場實際情況選用。continuedonpage84)continuedfrompage59)南京路變電站原主變保護為南瑞繼電保護公司RCS-978E型微機保護,可輸入四側(cè)電流即具備四側(cè)差動保護功能,考慮其軟件已定型,因此本次改造中主變差動保護配置暫選擇方案一,但方案一并不是最佳配置方案,因為在實際運行中無法帶負荷測量Z型接地分支CT相量圖,可能因CT極性錯誤導(dǎo)致區(qū)外故障差動保護誤動