10 kv小电阻接地系统接地变压器零序保护误动机理研究

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1、10kV小电阻接地系统接地变压器零序保护误动机理研究潘艳1，李晓明1，袁勇1，谢江辉2，李彬1，孙红2（1．武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072；2．武汉供电局，湖北武汉430000）   摘 要：以某变电站10kV小电阻接地系统为背景，针对屡次出现的接地变压器零序保护误动现象，建立了10kV配电网的数学模型，并进行了理论分析和Matlab数值仿真，提出了线路参数不对称及线路非金属性接地两个因素共同作用，导致10kV小电阻接地系统运行方式下接地变压器零序保护误动的客观原因，以及系统的设计、安装、管理等人为原因。同时给出了检查10kV出线电缆绝缘情况及建

2、立零序电流监测装置等的相应的防范措施，以防止此类故障的发生。   关键词：小电阻接地系统；零序保护；故障机理；10kV配电网1　引言　　近年来，随着城市建设和供电业务的迅速发展，一些大城市新发展的10kV配电网主要采用地下电缆，使配电网对地电容电流大大增加。如果采用消弧线圈接地，则需要较大的补偿容量，而且要配置多台。此外，10kV配电网线路在运行中操作较多，消弧线圈的分接头及时调整有困难，容易出现谐振过电压现象。因此有些供电局的10kV配电网中采用了中性点经小电阻接地运行方式来解决这一问题。但在实际运行中，某变电站的这种系统多次出现接地变压器零序保护误动现象

3、。本文即针对此类误动情况进行研究。2　事故情况介绍　　该变电站10kV配电网采用双母分段带旁路接线方式。左右段母线各自独立运行，分别经Y0／Δ接法变压器从110kV侧获得电源。左右两段母线各经一台Z型变压器引出中性点后经小电阻接地。此接地变压器上安装了零序过流保护（保护类型为微机保护，整定值为54．4A，动作时间为2．0s）；10kV出线上也均安装了零序过流保护（保护类型为电磁型继电保护，整定值为45A，动作时间为1．5s，2000年7月18日以前为1．2s）。接地变压器的零序保护主要是作为10kV出线的后备保护，其在线路发生接地故障而线路零序保护拒动时动作

4、，从而退出小电阻接地系统以减小接地电流。但在实际运行中，多次出现小电阻接地变压器上流经超过保护整定值的电流且零序保护动作，但经选线未发现线路侧有异常，后小电阻接地系统成功重合的情况。　　经现场调查，2000年7月1日至2002年5月26日间，两套小电阻接地系统零序过流保护动作次数为：左段母线上接地变压器零序保护动作10次，右段母线上接地变压器零序保护动作5次。其中只有2001年2月21日及2002年5月24日左段母线接地变压器零序保护动作是由于该母线上一条出线未安装零序保护（该线路为新增线路，仅此一条线路未安装零序保护），在其发生接地故障时，小电阻零序保护作

5、为后备保护而正常动作。其它则均为不明原因动作情况。作为后备保护，如此动作几率是很不正常的。3　故障机理分析3．1　故障电流分布　　该变电站10kV配电母线上既有经小电阻接地系统，又仍保留消弧线圈，10kV出线中某条线路单相接地时电容电流的分布情况如图1所示（为分析方便起见，忽略线路电阻和变压器内阻的影响）。单相接地时零序网络则如图2所示。图2中，U0为l3单相接地所产生的等效零序电压源；Xb1＝ωLb1，为小电阻接地变压器零序电抗；Xb2＝ωLb2，为消弧线圈接地变压器零序电抗；XL＝ωLL，为消弧线圈电抗值；为小电阻接地变压器的接地电阻阻值。   设分布系

6、数，即故障点电流与小电阻接地变压器的接地电阻上流过电流之比。则K可计算如下：又左段母线1＃消弧线圈有：ωLL＝111．193Ω；右段母线2＃消弧线圈有：ωLL＝66．157Ω。　　将上述已知量代入λ的表达式，可求得：左段母线：λ1＝1．13；右段母线：λ2＝1．09。两电流分布系数均小于接地变压器与线路零序保护整定值之比（1．2）。　　因此，若母线上某一出线发生单相接地故障使接地变压器零序保护动作的零序电流大小为Ir时（已知Ir＞54．4A），流过线路的零序电流为： 　　可见当故障电流启动了接地变压器零序保护时，它也同时启动了线路零序保护。从以上分析得出结论

7、：电网当前整定值与故障电流分布系数决定了，当某一种接地故障发生时，故障电流若是足以启动零序保护，则必然会同时启动线路零序保护和接地变压器零序保护，然后根据保护整定时间所带来的选择性（线路零序保护整定时间为1．5s，接地变压器零序保护整定时间为2．0s）线路先行动作。因此在正常情况下，出现接地变压器零序保护误动的可能性很小。3．2　主要故障原因　　从3．1条的分析中知道本文所探讨的零序保护误动现象在正常情况下发生的可能性很小。但系统本身若存在参数不对称的情况（对于电缆线路来说，由于安装质量等问题，在电缆接头处绝缘下降造成参数不对称的情况是很常见的），则10kV

8、配网中存在着“参数不对称”和“接地故障”这两个“零序