变压器ZN接线.docx

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1、城市电网 10 kV 低阻接地系统中接地变压器零序保护接线方案 佚名 | 转贴自：本站原创 | 点击数：173 | 更时间：2023-4-6 | 文章录入：xdxt 1引言随着电力负荷的快速增长，城市电网建设正如日中天。由于城市电网规模不断地扩建和延长，受城区规划、环保和场地等条件制约，市区变电所越来越多地承受电缆馈线，以致 10 kV 系统单相对地电容电流大幅度增加。为抑制单相接地时产生的过电压幅值，一些大城市的 10 kV 电网开头承受低阻接地(接地故障电流约为 400600 A)接线方式，以便当 10 kV 系统发生接地时，依据接地点所在位置，由相应零序保护有选择性动作将接地故障隔离，以

2、防电弧重燃引发过电压，保证电网中健全设备安全供电。通常城市变电所主变压器(以下简称“主变”) 10 kV 侧为三角形接线，无中性点引出，为能形成人为中性点经小电阻接地， 需配置 ZN 型接线的接地变压器(以下简称“曲折变”)。本文就城市电网 10 kV 低阻接地系统中曲折变零序保护接线方案作些探讨。争论所依据的主接线图中曲折变和所用变压器分别设置，以削减曲折变的停电几率，保证 10 kV 接地系统稳定运行；并假定系统发生金属性直接接地，各相参数对称；同时无视电缆馈线的电阻和绝缘泄漏电阻，接地故障时仅计及各段10 kV 系统单相等效电容对接地电流的影响。2 110 kV 变电所中的曲折变零序保护

3、 21110 kV 变电所的 10 kV 电气主接线110 kV 变电所的 10 kV 电气主接线通常承受图 1 单母线四分段接线，1、3 主变低压侧不带分支直接接于 10 kV 母线，2 主变低压侧带双分支各接一段10 kV 母线。每台主变10 kV 引线上各设置1 台曲折变用于引接接地电阻。此主题相关图片如下：2.2 曲折变零序保护方案曲折变的零序保护用于 10 kV 系统单相接地保护，按图 1 中主变 10 kV 侧接线方式，可分为单分支进线的曲折变零序保护和双分支进线的曲折变零序保护两种方案。2.2.1 单分支进线的曲折变零序保护方案单分支进线的曲折变只需装设零序过电流保护，保护由接于

4、曲折变中性线电流互感器的过流继电器构成，其动作时限应考虑与 10 kV 馈线的零序过流保护相协作，保护动作后以较短时限跳开 10 kV 分段断路器，并闭锁备用电源自动投入装置；其次时限跳开主变低压侧断路器(依据实际状况也可以不设这段时限)；第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。此保护接线简洁，动作牢靠，能有效隔离故障。固然如单相接地故障发生于图 1 中主变低压侧及其引线 k1 处， 按理此时不必动作 10 kV 分段断路器及闭锁备用电源自动投入装置，只要跳开主变高、低压侧断路器已可将故障隔离，但为了简化保护，允许此处发生接地故障时按母线接地等同处理。2.2.2 双分支进线的曲折变零序保护方案对

5、承受双分支进线的2 主变，其曲折变零序保护接线方案争论如下：(1) 曲折变中性线零序过电流保护方案此方案沿袭当前普遍通行的设计，保护接于曲折变中性线电流互感器，它与单分支进线的曲折变零序保护方案一样，当 10 kV 系统发生接地故障，保护以较短时限同时动作于 A、B 段分段断路器跳闸，并闭锁各段备用电源自动投入装置；其次时限同时跳开主变低压侧的 A、B 分支断路器；第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。众所周知，2 主变 10 kV 侧之所以分成 A、B 两个分支是为了提高对用户供电的牢靠性，即当 A 段母线 k2 处发生接地故障或该段馈出线接地且其保护或断路器拒动，只要求跳开 A 段分段断路

6、器和分支断路器并闭锁该段备用电源自动投入装置就可将故障隔离，勿需牵及 B 段设备同时跳闸，2 主变可连续保证对 B 段用户供电。无疑作为双分支进线的曲折变零序保护， 本方案保护动作方式不尽人意，没有乐观表达电气主接线设计意图，降低了对用户供电的牢靠性。(2) 主变低压侧分支零序过电流保护方案此方案需在每一分支上装设零序过电流保护，接线也较简洁，每段进线的零序过流继电器分别接入主变低压侧各分支电流互感器零序电流接线。图 2 画出了 110 kV 变电所中 10 kV 母线各处短路时的零序等值电路。图中 TAA、TAB 分别表示由 A、B 分支 电流互感器零序电流接线，RN 为曲折变中性点接地电阻

7、， CA、CB 分别为 10 kV 各段馈电系统单相等效电容，U0 为接地点的零序电压， IRN 为流经曲折变的接地电流，ICA、ICB 分别为 A、B 各段馈电系统等效电容供给的接地电流。如图 2(a)所示，当 A(或 B)段 k2 处发生接地故障时，各分支 TA 中都有接地故障电流通过，但电流数值大小不同。与接地故障段直接相连的A(或 B)分支TAA(或 TAB)中流过的电流为流经曲折变的接地故障电流 IRN 加上另一段馈电系统的电容电流 ICB(或 ICA)，与接地故障段不直接相连的 B(或 A)分支 TAB(或TAA)中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流 ICB(或 ICA)，为使保

8、护动作具有选择性，明显各分支零序过流保护整定电流应大于本段馈电系统等效电容供给的接地电流。然而当图 2(b)中所示 k3 处发生接地故障，曲折变中通过的接地故障电流已不流经任何分支电流互感器，各分支 TA 中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流，依据以上整定原则，各分支的零序过电流保护不会启动。可知此保护接线原理存在缺陷，根本无法去除 k3 处的接地故障电流，事实上不能承受。此主题相关图片如下：3)零序电流方向保护方案进一步分析图 2 中的零序电流流向，可以看出流经各分支的零序电流方向将随接地点的不同而转变。即当 k2 处接地时，与接地故障处直接相连分支零序电流方向指向 10 kV 母线，非直

9、接相连分支的零序电流方向背离 10 kV 母线； 而当 k3 处接地时，各分支的零序电流方向均背离 10 kV 母线。但无论何处接地，曲折变中性线上总有接地电流通过且方向不会转变。因此可承受图 3 所示规律构成零序电流方向保护，其中零序电流 I0 采自曲折变中性线电流互感器， 零序方向 P0A(或 P0B)由各分支电流互感器零序电流接线的 I0A(或 I0B)和相应母线段的 U0A(或 U0B)产生，正方向指向各自 10 kV 母线。当 k2 处发生接地，与接地故障段直接相连分支的零序方向 P0A 以及曲折变中性线的零序电流会同时动作，经“与”门启动相关保护出口，动作方式与单分支接线的曲折变零

10、序保护一样，但其动作对象仅与故障段设备有关，不会扩大故障停电范围，主变仍能连续对非故障段用户供电。当 k3 处发生接地时，由于各段馈电系统的电容电流均由 10 kV 母线流向 k3 处，即 A(或 B)分支中零序电流方向都反向，各段“与” 门均 被闭锁，但由于曲折变中性线零序过电流启动，经 t4 延时后即可全跳变压器高、低压各侧断路器将故障隔离，随后各段母线备用电源自投装置相继动作， 由相应主变恢复对 10 kV 负荷供电，从而提高了对用户供电的牢靠性。此主题相关图片如下：经对以上各方案争论可知，为满足继电保护选择性和牢靠性要求，有效隔离接地故障，当主变低压侧为双分支进线时，推举承受零序电流方

11、向保护作为曲折变的零序保护。3 220 kV 变电所的曲折变零序保护 31220 kV 变电所的 10 kV 电气主接线220 kV 变电所的 10 kV 电气主接线见图 4。考虑到不致因曲折变故障而影响 220 kV 和 110 kV 系统运行，220 kV 变电所中曲折变接于 10 kV 母线段而不从主变低压侧出线处引接。同时由于 220 kV 变电所每台主变的 10 kV 母线均分成 A、B 两个半段，为保证任何工况下每台主变只接一台曲折变，即只允许一个人为接地点运行，曲折变按奇偶原则分别接于各自主变相对应的 10 kV 母线段上。此主题相关图片如下：32曲折变零序保护方案图 4 中 2

12、20 kV 变电所各主变接线方式类同，各曲折变的零序保护方案根本全都，故仍以2 主变为例。与前面争论过的 110 kV 主变低压侧为双分支进线的曲折变零序保护一样，假设仅在曲折变中性线上装设简洁的零序过电流保护， 某些状况下当系统发生单相接地时会扩大故障停电范围，以致分段断路器及相应的备用电源自动投入装置不能很好地发挥作用，从而降低了对用户供电的牢靠性，因此原则上 220 kV 变电所的曲折变也需装设零序电流方向保护。但因 220 kV 变电所和 110 kV 变电所的曲折变接线形式有所不同，对此还需作些争论。图 5 画出了 220 kV 变电所 10 kV 侧不同地点单相接地时的等值电路图，

13、其中图 5(a)为未接曲折变的母线段单相接地等值电路，图 5(b)则是接有曲折变的母线段单相接地等值电路，图 5(c)表示主变低压侧至分支电流互感器引线间单相接地等值电路。图中除 TA0 表示曲折变中性线上电流互感器外，其他文字标注与图 2 一样。此主题相关图片如下：依据图 5，可将不同地点接地时流经各电流互感器一次侧的电流方向列表如表 1。此主题相关图片如下：由表 1 所示电流不难看出，只有 10 kV 母线发生接地且与接地段直接相连的分支其零序电流才自母线端流出，其他状况分支的零序电流均从母线端流入。当设定零序电流自母线端流出的方向为正，则 220 kV 变电所曲折变的零序保护规律与图 3

14、 中设计的规律完全全都。为进一步说明问题，可用叠加原理将 10 kV 系统接地时的等值电路分解成曲折变局部等值电路和 10 kV 系统电容局部等值电路(见图 6。图中用虚线表示 110 kV 主变的曲折变及其接地电流)。尽管 220 k V 主变和 110 kV 主变的曲折变接线位置有所不同，但图 6(b)中流经各自曲折变中性线 TA 的接地电流状况一样，与接地处无关，且 k1 处接地时流经接地段分支 TA 的零序电流方向也一样(为了简化，图中没有画出)；当 k2 处接地，只有 110 kV 主变的曲折变接地电流流经接地段分支 TA，方向自母线端流出，助增了接地段分支零序方向启动；而 k3 处

15、接地，则只有 220 kV 主变的曲折变接地电流流经分支 TA，但其方向从母线端流入，有助于零序电流方向不动作。所以不管曲折变接于何处，曲折变的接地电流不会阻扰各分支零序电流方向正确动作。图 6(c)则与曲折变接入位置无关，但从图中 10 kV 系统电容电流的流向可知(图中仅表示 k1 处接地的电容电流)，正是它主导了各分支的零序电流方向。故此 220 kV 主变和 110 kV 主变的曲折变零序电流方向保护规律完全一样。此主题相关图片如下：总之，按图 3 设计的保护规律方案动作对象精准，不会扩大事故停电范围，能较好地满足用户对供电质量的要求，适用于 220 kV 或 110 kV 主变低压侧

16、为双分支接线的曲折变零序保护。但目前制造厂尚无此相应系列产品，对于微机系列保护，用软件实现上述规律并不困难，建议厂家乐观开发这一产品以满足市场需求。此外还需说明，以上分析仅基于金属性接地故障，在制造及运行中应考虑过渡电阻等因素对零序电流方向的影响。另外，电流互感器断线可能使零序电流方向误动，因此尚需考虑电流互感器断线闭锁措施。4结论城市电网 10 kV 低阻接地系统的曲折变零序电流保护方案归纳如下：(1) 接于曲折变中性线电流互感器的零序过电流保护方案，接线简洁，适用于主变低压侧不带分支(即单分支)接线的曲折变零序保护；(2) 为了避开 10 kV 系统单相接地时扩大故障停电范围，提高对用户供

17、电的牢靠性，110 kV 变电所中当主变低压侧承受双分支接线时，推举承受零序电流方向保护作为曲折变零序保护方案；(3) 220 kV 变电所的曲折变也推举承受零序电流方向保护作为 10 kV 系统接地故障保护，以缩小接地故障停电范围，保证供电牢靠性；(4) 本文争论的 220 kV 和 110 kV 主变低压侧为双分支接线的曲折变零序电流方向保护规律完全一样，其中零序电流采自曲折变中性线电流互感器，零序方向则由流过各分支电流互感器零序电流接线的电流和相应母线段的零序电压构成，方向指向各自 10 kV 母线。(5) 建议厂家乐观开发适合城市电网 10 kV 低阻接地系统的曲折变零序保护产品，以满足市场对保护选择性提出的要求。