小電阻接地方式對變壓器差動保護的影響

閆 石

(深圳市機場(集團)有限公司， 廣東 深圳 518128)

0 引 言

采用中性點經小電阻接地方式因有利于故障快速切除及降低接地故障過電壓等優點而廣泛應用于大量使用電纜的10～35 kV配電系統[1～4]。但主變10～35 kV側通常為d聯結，無法引出中性點，需要通過接地變人造中性點接入小電阻后接地，此方式給變壓器差動保護帶來一些影響。為解決該影響，采用對稱分量法進行分析及電磁暫態仿真軟件(PSCAD/EMTDC)進行仿真，并提出具體措施。

1 小電阻接地方式

接地變接入位置有2種：(1)接于主變d側引出線；(2)接于主變d側母線。接地變通常采用Z聯結,如圖1所示，Z聯結是把每相繞組分成匝數相等的兩部分，一相的上半部分繞組與另一相的下半部分繞組反串組成一相，下半部分繞組的首端連在一起作為中性點引出。系統正常運行時，繞組僅流過勵磁電流，三相芯柱上的磁動勢對稱，產生的主磁通在鐵芯中構成回路，勵磁電抗很大。系統接地故障時，因每相芯柱上、下半部分繞組的零序電流方向相反，合成磁動勢為零，故僅產生零序漏磁通，此時零序電抗相當于漏抗。零序漏磁通只能通過非鐵磁材料構成回路，零序阻抗小[5～8]。

圖1 Z聯結

2 區外單相接地故障時差動保護的動作

2.1 接地變接于主變d側引出線

若差動保護區外母線A相接地故障(圖2中K1處)，應用對稱分量法可得出其復合序網，如圖3所示。

圖2 A相接地故障Ⅰ

圖3 母線A相接地故障復合序網Ⅰ

(1)

主變Y側電流為

(2)

若差動保護以d側電流為基準，對Y側電流進行校正，經校正后的Y側電流為

(3)

差動保護的差動電流為

(4)

由式(4)可知，差動保護采用以d側電流為基準，校正Y側電流的方式，其區外單相接地故障時，差動電流就是流經接地變的零序電流，三相幅值相等，可能導致差動保護誤動。為避免區外單相接地故障導致差動保護誤動，可采取d側過濾零序電流的措施，若差動保護無此功能，則只能提高差動保護起動值。

若差動保護以Y側電流為基準，對d側電流進行校正，經校正后的d側電流為

(5)

Y側經過濾零序電流后的電流為

(6)

差動保護的差動電流為

(7)

由式(7)可知，差動保護采用以Y側電流為基準，校正d側電流的方式，其區外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

2.2 接地變接于主變d側母線

若差動保護區外母線A相接地故障(圖4中K1處)，應用對稱分量法可得出其復合序網，如圖5所示。

圖4 A相接地故障Ⅱ

圖5 母線A相接地故障復合序網Ⅱ

主變d側電流為

(8)

主變Y側電流為

(9)

若差動保護以d側電流為基準，對Y側電流進行校正，經校正后的Y側電流為

(10)

差動保護的差動電流為

(11)

由式(11)可知，差動保護采用以d側電流為基準，校正Y側電流的方式，其區外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

若差動保護以Y側電流為基準，對d側電流進行校正，經校正后的d側電流為

(12)

Y側經過濾零序電流后的電流為

(13)

差動保護的差動電流為

(14)

由式(14)可知，差動保護采用以Y側電流為基準，校正d側電流的方式，其區外單相接地故障時，差動電流為零，差動保護不會誤動。

3 區內單相接地故障時差動保護的靈敏度

3.1 接地變接于主變d側引出線

若差動保護區內A相接地故障(圖2中K2處)，應用對稱分量法可得出其復合序網，如圖6所示。

圖6 主變A相接地故障復合序網Ⅰ

主變d側電流為

(15)

主變Y側電流為

(16)

若差動保護采用以Y側電流為基準，對d側電流進行校正的方式，其差動電流為

(17)

制動電流為

(18)

若差動保護采用以d側電流為基準，對Y側電流進行校正的方式，其差動電流為

(19)

制動電流為

(20)

同理，若d側經過濾零序電流，則其差動電流為

(21)

制動電流為

(22)

3.2 接地變接于主變d側母線

若差動保護區內A相接地故障(圖4中K2處)，應用對稱分量法可得出其復合序網，如圖7所示。

圖7 主變A相接地故障復合序網Ⅱ

主變d側電流為

(23)

主變Y側電流為

(24)

若差動保護采用以Y側電流為基準，對d側電流進行校正的方式，其差動電流、制動電流的形式與式(17)、(18)相同。

若差動保護采用以d側電流為基準，對Y側電流進行校正的方式，其差動電流為

(25)

制動電流為

(26)

差動保護的靈敏度KIm為

(27)

式中:Iqd、Ir1、K1分別為差動保護的起動值、第一拐點電流、比率制動曲線第一段折線的斜率。

4 仿真計算

采用電磁暫態仿真軟件PSCAD/EMTDC進行仿真計算，按某35 kV、10 kV供電系統參數分別設置，如表1和表2所示：

表1 35 kV供電系統參數

表2 某10 kV供電系統參數

考慮單相接地故障時接地電阻電流大于零序電容電流才能限制弧光接地過電壓，ZC0按1～4倍(ZT0+3R)設置，單相接地故障仿真結果如表3所示。

根據表3可知，受系統容抗的影響，主變空載時的單相接地故障電流并不是最小。接地變接于主變d側引出線時，差動保護采用以d側電流為基準， 校正Y側電流的方式， 考慮躲過區外單相接地故障時流過接地變的電流(可靠系數取1.5)，110/35 kV主變的差動保護起動值必須大于0.4Ie(Ie為主變額定電流)，110/10 kV主變的差動保護起動值必須大于0.06Ie。工程實踐中，通常Iqd取0.4Ie，Ir1取0.5Ie，K1取0.5，可滿足上述要求。差動保護對單相接地故障的靈敏度如表4-6所示。

表3 用戶供電系統單相接地故障電流

表4 以d側電流為基準，對Y側電流進行校正

表5 以經過濾零序分量的d側電流為基準，對Y側電流進行校正

表6 以Y側電流為基準，對d側電流進行校正

根據表3～6可知，對于10 kV供電系統，當單相接地故障電流小于400 A時，無論接地變接于何處，差動保護采用何種電流校正方式，差動保護均無靈敏度。

對于35 kV供電系統，當單相接地故障電流小于600 A，僅接地變接于主變d側母線，且差動保護采用以d側電流為基準，對Y側電流進行校正的方式，能保證不小于1.5的靈敏度，其余方式無法保證靈敏度。

5 結 語

1)對于變壓器d側為小電阻接地系統的差動保護，整定值計算時應校驗對d側區內單相接地故障的靈敏度，并考慮受系統容抗影響可能出現的最小單相接地故障電流。

2)為保證差動保護對變壓器d側區內單相接地故障的靈敏度，小電阻接地供電系統的單相接地故障電流不宜過小，DL/T584—2017規程建議以1 000 A 左右為宜。

3)優先采用接地變接于主變d側母線，差動保護以d側電流為基準，對Y側電流進行校正的方式較其他方式更易保證差動保護的靈敏度。

4)接地變接于主變d側引出線，差動保護應采取過濾d側零序電流或提高差動保護起動值的措施以避免d側區外單相接地故障而導致的誤動，采取的措施應對差動保護的靈敏度影響最小。

5)考慮各地區運行習慣不同，對單相接地故障電流的限制也不盡相同，無法保證差動保護靈敏度的，只能由接地變零序電流保護聯跳延時切除故障。