35 kV系統接地對主變壓器差動保護影響

陳 勝，于立濤，彭碧君，陳 琛

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002）

·班組創新·

35 kV系統接地對主變壓器差動保護影響

陳 勝，于立濤，彭碧君，陳 琛

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002）

隨著城市配電網電纜線路數量的快速增加，青島35 kV系統電容電流過大的問題日益突出，所以采取逐步進行中性點經小電阻接地改造的解決方案。當在主變壓器35 kV△接線側安裝接地變壓器，發生主變壓器差動保護區外單相接地故障時，由零序故障電流產生的差流使差動保護存在誤動風險。針對此問題進行論證分析，對保護定值整定計算需要注意之處進行分析，提出一種安裝接地變壓器時一、二次設計上的改進措施，對中性點經小電阻接地系統的安全可靠運行具有重要意義。

小電阻；中性點接地；差動保護；整定計算；改進措施

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，線路走廊資源愈發稀缺，電纜線路的比重不斷升高。電纜的廣泛應用使得電網單相接地故障時容性電流很高，可達幾百安甚至上千安。鑒于采用主變壓器中性點經消弧線圈接地進行分散補償的方式在實際運行中已暴露出多種問題，如消弧線圈需增加數量多且投資大、補償度調節不好易發生諧振、單相接地時非故障相電壓升高導致電纜薄弱點嚴重損壞等［1］，制定了35 kV系統逐步進行小電阻接地改造的解決方案。

1 接地變壓器安裝位置

青島220 kV和110 kV系統變電站35 kV側主要為△接線方式，接地變壓器安裝位置主要為接于35kV母線上或接于主變壓器△接線側線圈引線處［2］。前一種方式通常根據設備檢修需要，每段母線均需安裝一臺接地變壓器，需占用相應數量的線路間隔，造成資源浪費；此外，接地變壓器處于母差保護范圍，正常運行時流過的電流很小，測量母差保護相量困難，影響母差保護可靠性。后一種方式可將接地變壓器經開關直接接于主變壓器△側引線上，當接地變壓器不配置差動TA而差動保護采用軟件濾除零序電流或在整定計算上提高差動保護啟動電流以躲過區外故障最大零序電流的方法時，會降低保護靈敏度；而接地變壓器配置差動TA也存在主變差動保護相量測量困難的問題。對此提出一種接地變壓器一、二次設計安裝上的改進措施。

2 主變壓器引線處增加接地變壓器影響

因土地資源有限、變電站出線間隔緊張，采取將接地變壓器安裝于主變壓器35 kV側引線上的改造方式，其中多數接地變壓器未配置差動TA，且部分運行差動保護無濾除零序電流功能。當35 kV系統主變壓器差動保護區外發生接地故障時，有零序電流通過主變壓器35 kV側TA流向接地變壓器。由于主變壓器△線圈隔離了Y、△兩側零序電流的耦合，故主變壓器Y側TA不會感受到零序電流分量，此時差動保護中形成差流，有可能發生誤動情形。

2.1 區外接地故障對主變壓器差動保護的影響

如圖1所示，當35 kV側差動保護區外發生K點單相（假設為A相）接地故障時，邊界條件為

圖1 小電阻接地系統單相接地故障示意圖

忽略負荷電流可得［3-4］

式中：UKA［0］為與A相正常運行時電壓反相的故障電動勢；Z∑1、Z∑2、Z∑0分別為故障網絡中的正序阻抗、負序阻抗和零序阻抗；不考慮故障點的過渡電阻，R0為接地變壓器的中性點電阻。

不同設備設計差流計算方法形式上有所區別，以一種算法為例進行分析。以Y／△-11接線主變壓器為例，A相接地時，差動保護各側電流校正差流計算方法為

式中：I′A=（IA-IB），I′B=（IB-IC），I′C=（IC-IA）；kTA1、kTA2分別為主變壓器高壓側和接地變壓器安裝側的差動TA變比系數；k2為接地變壓器安裝側電流折算到高壓側的變比調整系數。

取UN1、UN2分別為主變壓器兩側額定電壓，則

假設復合網絡中正序阻抗與負序阻抗相等、主變壓器接地變壓器安裝側無并網小電源，對接地變壓器支路而言，由于接地變壓器的正序阻抗遠大于零序阻抗，可認為接地變壓器中只存在零序電流，考慮接地變壓器零序電流方向可得接地變壓器［3］

主變壓器接地變壓器安裝側電流關系為

式中：Ia1、Ia2分別為Ia正序分量、負序分量；α為運算子，α=ej120°。

結合文獻［5］中結論，可得

不考慮主變壓器勵磁涌流影響并忽略負荷電流，將式（6）與式（7）式帶入式（3）可得

式中：i=a，b，c（由式（5）可知Iag=Ibg=Icg）。 故主變壓器差動保護計算差流為三相數值相等的、接地變壓器單相零序電流折算至主變壓器高壓側的電流。如整定計算時不考慮此差流的影響，主變壓器差動保護便存在誤動的風險。

2.2 對主變壓器差動保護整定計算的影響

由于部分運行主變壓器差動保護沒有過濾零序電流分量的能力，定值整定計算時應考慮差動保護啟動電流值躲過區外故障最大零序電流，但必須確保差動保護靈敏度。具體計算時，首先應躲過主變壓器額定負載時最大不平衡電流，即

式中：Icdqd為差動保護啟動電流；Krel為可靠系數；Ker為電流互感器的比誤差；ΔU為主變壓器調壓引起的誤差；Δm為電流互感器變比未完全匹配產生的誤差；Ie為主變壓器二次額定電流。

此外，還應考慮可靠躲過在系統最大運行方式下，主變壓器接地變壓器安裝側近處（如母線上）發生金屬性單相故障時主變壓器差動保護的差流，分析思路同上文推導，不再贅述。最后，對確定的差動保護啟動電流值進行靈敏度校驗，以保證主變壓器各側故障時差動保護具有足夠靈敏度。

3 接地變壓器設計安裝改進措施

3.1 TA安裝位置改進

如圖2所示，將通常安裝在接地變壓器高壓側的TAⅡ安裝于主變壓器35 kV側，而接地變壓器安裝于TAⅡ與原主變壓器差動TAⅠ之間。TAⅠ和TAⅡ的變比等參數應一致。

圖2 接地變壓器一次設計安裝的改進

3.2 二次回路改進措施

如圖3所示，在二次接線上，TAⅠ在接入主變壓器差動保護后再與TAⅡ合并接入接地變壓器保護，之后再接入主變壓器差動保護 （應進行TA誤差校核，誤差大小應滿足有關規程要求）。

圖3 接地變壓器二次設計安裝的改進

3.3 保護相量測量

采用改進方法后，接地變壓器處于主變壓器差動保護范圍內，TAⅠ與TAⅡ的和電流 （正常運行時應很小）作為接地變壓器保護的電流輸入。當35 kV側差動保護區外發生單相接地故障時，TAⅠ中零序電流實際上先后兩次進入主變壓器差動保護，只要TAⅠ、TAⅡ二次接線極性正確，就能消除零序差流。

差動保護相量測量方法為：主變壓器帶上足夠負荷后，用短路線在接地變壓器保護屏端子排上短接TAⅡ二次電纜，即可測量主變壓器差動保護全部相量，此時TAⅠ電流與TAⅠ、Ⅱ和電流的極性應相反。對智能變電站而言，只需進行簡單的插拔TA光纖便可完成主變壓器差動保護相量測量工作。以Y／△-11接線主變壓器為例，差動保護TA極性正確時，各相電流相量如圖4所示。

圖4 差動保護各相電流相量

4 結語

對系統中性點采用小電阻接地方式時，接地變壓器安裝位置以及零序電流對主變壓器差動保護的影響進行了論證分析，并對主變壓器差動保護整定計算的注意要點進行了闡述。在此基礎上，提出了一種接地變壓器設計安裝的改進措施，能夠正確測量小電阻接地系統主變壓器差動保護全部相量，確保保護的可靠性與選擇性；能夠實現利用TA二次接線消除零序差流，整定計算時不用考慮零序電流對主變壓器差動保護的影響，可適當降低主變壓器差動保護啟動電流值以提高保護的靈敏性，進行中性點經小電阻接地改造時原有主變壓器差動保護也不必更換。該措施對主變壓器△側經小電阻接地系統的安全可靠運行具有重要意義。

［1］于立濤.35 kV配電網中性點經小電阻接地的改造方案分析［J］.繼電器，2004，32（16）：57-59.

［2］于立濤，林濤，李文升，等.電力系統繼電保護整定計算與應用實例［M］.北京：化學工業出版社，2012.

［3］高中德，舒治淮，王德林.國家電網公司繼電保護培訓教材［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］張保會，尹項根.電力系統繼電保護（第二版）［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］張西利，王凱，徐光福.變壓器△側小電阻接地方式對差動保護的影響［J］.電工技術，2011（7）：24-26.

The Influence of Neutral Grounding on Differential Protection of Main Transformer in 35 kV Systems

CHEN Sheng，YU Litao，PENG Bijun，CHEN Chen
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266002，China）

With the rapid growth of the number of distribution cable lines in Qingdao，the capacitive current level in the 35 kV system is much too high which causes many problems.So the improving scheme for neutral grounding with low resistance is adopted.For the main transformer installed an earthing transformer in the 35 kV delta-connected side，when the single-phase ground fault occurs outside the differential protection area，the differential current caused by zero-sequence fault current can lead to the misoperation risk of differential protection.Aiming at this issue， attention place of the setting calculation is illustrated，and improving measures of primary and secondary designs are proposed for earthing transformer installation，which is important for the safe and reliable operation of neutral grounding with low resistance in power system.

low resistance；neutral grounding；differential protection；setting calculation；improving measures

TM4

A

1007－9904（2017）03－0074－03

2016-11-14

陳 勝（1984），男，工程師，從事繼電保護整定計算、運行及管理工作。