配網小電阻接地改造二次常見問題分析

武 瓊 曹永進 唐其筠 左 軍 王新銘

（國網天津城南供電公司，天津 300201）

配網小電阻接地改造二次常見問題分析

武 瓊 曹永進 唐其筠 左 軍 王新銘

（國網天津城南供電公司，天津 300201）

本文以天津裕盛35kV變電站小電阻接地改造工程為例，對二次保護中常見問題進行歸納研究，分析 Y/△-11接線的變壓器△側發生區外短路對主變差動保護的影響，明確提出雙纜接線零序CT（電流互感器）并聯、電纜一次屏蔽線對零序CT的安裝要求，為今后小電阻接地改造提供運行經驗。

小電阻接地；差動保護；雙纜；屏蔽線

6～35kV配電網廣泛使用電纜使得電網對地電容電流大大增加，非故障相電壓升高，一次設備易因過電壓而損壞［1-3］。《天津市電力公司電網技術改造原則》規定“以架空或電纜、架空線路構成的混合配電系統，當一臺主變終期規模所帶母線單相接地故障電容電流超過100A時（含35kV系統及10kV系統），應采用中性點經小電阻接地方式。”而變電站低壓側多為△接線，無直接接地點，為此一般利用Z型變壓器作為接地變，人為引出接地點，再通過小電阻接地［4-5］。小電阻接地改造需對原保護方案和二次設備重新配置，增加相應的零序電流保護和零序CT，零序電流采自專有零序CT或三相CT，零序電流取得方式、零序 CT的變比及電纜一次屏蔽線的接地位置等問題將影響保護動作可靠性。以天津裕盛 35kV變電站小電阻改造工程為例，分析小電阻接地對主變差動保護影響及對零序 CT的安裝要求，總結二次設備改造需要注意的問題和解決方案。

1　接地故障對主變差動保護影響

1.1Z型變結構及特點

中性點小電阻接地裝置主要由Z型變、小電阻等設備構成。裕盛35kV變電站因Z型變兼做站用變，二次繞組接成Y型，為全站提供交流電源。如圖1所示，Z型變每個磁柱上的繞組被平均分為兩部分，當三相對稱電流流過繞組，Z型變每個磁柱的磁勢是該磁柱不同相的兩繞組磁勢的相量和，三個鐵心柱上的磁勢對稱彼此形成回路，因而磁通量大，呈現很大的阻抗（相當于激磁阻抗），繞組中只流過很小的激磁電流；當對Z型變加入三相零序電流時，由于每個磁柱上的兩相繞組彼此極性相反，產生的磁通互相抵消，磁柱內磁通量很小，因而 Z型變呈現的零序阻抗（相當于漏抗）也小。綜上所述，Z型變對正序、負序電流呈現高阻抗，對零序電流呈現低阻抗。

圖1　Z型變繞組接線圖

1.2單相接地對差動保護影響

該站主變采用 Y/△-11接線形式，設單相接地系統正序阻抗為Z1，負序阻抗為Z2，零序阻抗為Z0，接地電阻為R，由等效序網法［6-7］求得發生A相接地故障時的序電流為

流入低壓側CT的三相電流為

流入高壓側CT的三相電流為

裕盛 35kV變電站使用的主變差動保護裝置為南瑞科技NSR691RF，該裝置采用→△變化調整差流平衡，其補償方式為

差動電流為

采用標幺值計算可以不用考慮平衡系數的影響，當發生區外單相短路接地時，高壓側 CT和低壓側CT流過電流相反，將式（3）代入式（4），將所得結果和式（2）再代入式（5），因此三相差流用標幺值表示為

由上述分析知，發生接地故障時，△側線圈隔斷了零序電流從△側流向側的通道，因此側CT感受不到零序電流，這是產生差流的根本原因。因此為了確保發生區外接地故障時，差動保護裝置不誤動，可以將△側電流消去零序電流，此時△側電流為

如果IA0大于差動保護啟動值，在發生區外短路故障時，保護裝置就有誤動的可能。

1.3解決方案

2　雙纜零序CT并聯

2.1對二次回路精度的影響

在裕盛 10kV出線的開關柜里，設計將兩回出線零序 CT并接，然后接于同一保護裝置。只要任意一回出線過流，都能在對應 CT中感應出二次電流啟動保護，作用于出線開關并將兩回出線一并切除。圖2所示的是并聯零序CT的等效電路圖，現在分析當一回線發生故障時對二次電流精度的影響。

圖2　并聯零序CT等效電路圖

若a支路故障，其中I1a、I1b是CT折算到二次側的一次電流，Z2ta、Z2tb是CT的二次漏抗，Zma、Zmb是CT的勵磁阻抗，ZL是二次回路的負載阻抗。假設兩回線CT型號相同，且不考慮CT飽和的影響，則

式（8）由于只有a支路故障，b支路正常，因此I1b≈0

由節點電壓法，可求得

式（9）將式（8）代入式（9）可以得到二次回路電流：

由于b支路的分流，進入保護裝置的二次回路電流 IL＜I1a，在相同容量和一次額定電流情況下，零序CT變比越大，其勵磁阻抗Zm越大，分流作用越小，相對誤差 越小，裝置測量的精度越高。

2.2解決方案

由上述分析可知，當線路是雙纜饋線，存在零序 CT并聯接入情況時，一回線路短路故障時，非故障線路零序 CT將對故障電流產生分流作用，使保護裝置的實測電流減小，為了減小二次回路測量誤差，在滿足二次負載容量情況下，應盡量選擇變比較大的零序 CT，在初設選型時，600/5和 400/5兩種CT均滿足開關柜內安裝要求和二次負載容量，現場最終選擇600/5零序CT，以提高雙纜接線保護裝置的動作靈敏度和可靠性。

3　一次屏蔽線接地位置

3.1零序電流取得方式

小電阻零序電流有兩種取得方式，即通過三相電流互感器合成方式和直接通過零序電流取得方式。前者對保護裝置來說，零序電流為“自產零流”，后者的零序電流為“外接零流”。

零序電流互感器較靈敏，不平衡電流較小，但易于飽和，傳變誤差較大；而相電流互感器由于CT二次阻抗值不平衡，三相特性不一致，靈敏度稍差，不平衡電流也較大，但線性范圍大，不易飽和，傳變誤差較小。因此在現場應用時應該從實際出發，在零序保護較靈敏的一級，宜使用靈敏度較高的專用零序互感器；反之，在零序電流數值變化很大，常規零序互感器較易飽和的情況下，宜使用線性范圍較大的相電流互感器，前提是相應保護具有在內部合成零序電流的功能。因此，裕盛變電站變壓器后備保護和充電保護使用的是三相電流互感器，小電阻零序保護、線路零序保護使用的是專用零序互感器。

3.2電纜屏蔽線安裝位置要求

如上所述，線路零序電流通過專用零序 CT取得，現場中常出現電纜屏蔽線（也稱“一次小辮”）安裝位置錯誤造成零序保護拒動的情況。常見的一次小辮的錯誤安裝方式如圖3所示。

圖3　一次小辮的錯誤安裝方式

當電纜 A相接地時，故障電流為 IKA，由于一次小辮只穿過零序 CT一次，接地位置和實際故障發生位置在零序 CT的兩側，因此對零序電流存在分流作用，一次小辮接地電阻很小，在接地良好的情況下流過的電流近似等于故障電流，此時零序CT幾乎無法感應電纜發生的故障。

為了避免發生上述錯誤，在電纜屏蔽層穿過零序CT的情況下可以將一次小辮重新穿回零序CT，以抵消對故障電流的分流作用，此時一次小辮接地方式如圖4所示。

圖4　一次小辮的正確安裝方式I

若電纜屏蔽層沒有穿過零序CT，由于故障接地點和一次小辮接地點在零序 CT的同一側，不會對故障電流產生分流作用，因此一次小辮按規定直接接地即可，不用穿過零序 CT了。此時一次小辮接地方式如圖5所示。

圖5　一次小辮的正確安裝方式II

4　應用效果

隨著配電網電纜線路的增加，消弧線圈改小電阻接地改造也日益增多，對保護的配置和二次設備的安裝提出新的要求。本文針對裕盛 35kV變電站小電阻改造工程中二次設備的常見問題進行分析，發生區外單相接地故障時，NSR691RF存在誤動可能，而通過軟件內部△側消零可以避免差動保護裝置誤動作。為確保零序 CT有足夠的精確度和可靠性，要求在測量范圍內選擇變比較大的零序CT，并盡量使用專用零序CT，屏蔽線要根據現場屏蔽電纜與零序 CT的相對位置合理選擇接地點，避免零序保護拒動。通過對裕盛變電站新投入保護（零序保護、小電阻保護等）的現場校驗，保護裝置傳動正確，三相CT和專用零序CT選型均滿足設計要求，對今后 35kV電網小電阻接地改造工程起到借鑒參考作用。

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［6］ 黃少鋒， 鄭濤. 不同接地系統的單相接地故障統一分析方法［J］. 電氣電子教學學報， 2013（2）： 82-84， 93.

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Analysis of Secondary System Common Problems of Small Resistance Grounding in Distribution Network

Wu Qiong Cao Yongjin Tang Qijun Zuo Jun Wang Xinming
（Chengnan branch of Tianjin Electric Power Corporation， Tianjin 300201）

This article concludes and analyses the common problems on secondary system protection taking the Tianjin Yusheng 35kV substation as the example research. Study on the influence of transformer differential protection when external short circuit fault happens on the delta side of the yd-11 transformer. The article clearly puts forward the installation requirement of zero-sequence CT of double cables Parallel and cable shield wires. It Provides operational experience for small resistance grounding in the future.

small resistance grounding； differential protection； double cables； shield wires

武 瓊（1988-），女，工程碩士，助理工程師，主要從事電網二次檢修工作。