引言

10kV配電網以往采用中性點不接地或經消弧線圈接地的方式,單相接地故障電流僅為電網對地電容電流或經消弧線圈補償后的殘流,一般控制在10A以內,允許帶接地故障運行2h。但近年城區(qū)及工業(yè)城發(fā)展迅速,架空線路逐漸被電纜代替,配電網電容電流大幅增大,根據(jù)本區(qū)域配電網規(guī)劃要求,配電網首選小電阻接地方式,本文通過對小電阻接地方式進行分析研究,通過分析選型和計算,提出改造接地方式的設備參數(shù)。

1小電阻接地的運行特性

1.1降低故障時配電網過電壓水平

配電網故障時系統(tǒng)內部過電壓隨著單相短路電流的增加而降低,采用消弧線圈接地或不接地系統(tǒng),非故障相工頻電壓升高為額定值的03倍,而經小電阻接地,接地故障電流大幅增加,使故障時的中性點電壓小于相電壓,從而降低對電氣設備的絕緣要求,提高設備的壽命。

1.2提高配電網安全運行水平

當配電網發(fā)生單相故障時,小電阻接地故障電流較大,繼電保護可準確判別故障電流,快速切除故障,降低單相故障發(fā)展為三相接地故障的概率,降低因電纜故障影響鄰近電纜線路的危險,同時也降低人身觸電風險。

2小電阻接地的繼電保護配置

2.1小電阻接地的單相短路電流

配電網中性點經小電阻接地系統(tǒng)的單相接地短路電流一般控制在100～1000A。若電流過小則影響繼電保護的靈敏性,過大則會使非故障相的工頻諧振過電壓過高,且故障跨步電壓不滿足要求。江門地區(qū)小電阻系統(tǒng)統(tǒng)一選取的電阻值為103,可將單相接地故障電流控制在600A以下。

2.2繼電保護配置及定值

小電阻接地系統(tǒng)需要快速隔離故障線路,相間電流保護不能用作單相接地故障的保護,因為饋線的負荷電流要遠大于接地保護的動作定值,饋線的三段式電流保護對單相接地故障V有靈敏沒,各線路應配置兩段零序電流保護功能。由零序保護可靠切除單相接地故障,按躲開正常運行時系統(tǒng)不平衡電流設置保護定值。本區(qū)域均采用接地電阻為103的系統(tǒng),零序保護一次動作值取50A:定值時間按變電站出線開關0.6s,線路開關保護動作時間與變電站出線開關零序電流保護時間配合,取值0.2～0.35s。其中分支線第一級分段斷路器時間取0.35s,第二級分段斷路器時間取0.2s。

3保護用電流互感器配置選型

3.1零序電流來源選擇

零序電流產生有兩種方法,一種為自產零序,但電流誤差較大,這是因為配網多采用10P級電流互感器,當采用三相互感器自產時,綜合誤差可能達±30%,且當正常負荷電流較大或相間故障時,可能使零序保護誤動作。另一種為采用外接零序互感器產生零序電流,僅在負荷電流不平衡時零序電流互感器中才感應磁通存在,在正常運行下和相間短路時均V有零序電流,因此現(xiàn)場條件允許的情況下均優(yōu)先考慮增加零序電流互感器。

3.2零序電流互感器的參數(shù)選擇

10kV小電阻接地系統(tǒng)線路的接地保護是動作于斷路器跳閘,必須采用保護準確等級變比的電流互感器。

3.2.1零序電流互感器二次負載計算

配電網二次額定電流大部分為5A,本文取額定電流以5A為例,根據(jù)電網公司框架招標技術協(xié)議,當額定電流為5A時,繼電保護裝置保護交流電流回路功率消耗要求不大于1VA/相,則:

式中,Rz為保護裝置及儀表二次阻抗,3:sz為保護裝置的額定功耗,VA:I為二次額定電流,A。

R1=(pL）/s=(1.75×10-8×15）/2.5×10-6=0.1053

式中,R1為二次電纜阻抗,3:p為導體電阻率,3·m:L為電纜長度,m:s為電纜芯截面積,m2,按15m考慮計算。

式中,Z為二次回路總阻抗,3:Rc為CT繞組電阻,3,二次額定電流為5A時,Rc取0.53:K1為連接導線阻抗換算系數(shù),單相短路時該系數(shù)取2:Kz為保護裝置阻抗換算系數(shù),單相短路時該系數(shù)取2:n為串聯(lián)保護裝置數(shù)量,取2。

3.2.2零序電流互感器的容量選擇

在額定頻率及額定負荷下,所選零序電流互感器的容量要與二次回路阻抗匹配,才能達到標定的精度,所選二次容量過大時零序電流互感器在使用時將會出現(xiàn)正誤差,反之則會出現(xiàn)負誤差。

從3.2.1結果計算出二次容量與二次阻抗的關系:

式中,s為互感器二次容量,VA。

由上述計算結果,初步選用額定二次容量為20VA的零序電流互感器。

3.2.3零序電流互感器的飽和校核

當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,電流互感器

通過電磁感應的原理,將電力系統(tǒng)一次側的故障電流按照額定變比轉換成二次電流,但當磁通量飽和的時候,互感器的勵磁電流將會變大,二次側的保護輸出電流會發(fā)生畸變,不能與一次側故障電流保持原有比例關系,此時為電流互感器的飽和狀態(tài),對保護裝置的正確動作造成干擾,嚴重時會造成拒動或延時動作,因此,選擇互感器參數(shù)后,需要再進行飽和特性校核,看裕度是否滿足保護要求[4]?？紤]到本區(qū)域零序一次動作電流通常整定為50A,可選擇變比為75/5或l00/5的零序互感器。下面選擇75/5變比、準確等級為l0Pl0的互感器進行校核,最大單相短路電流按600A進行考慮。

(l）計算最大單相接地短路電流的二次感應電動勢:Es=Iscmax/KnZ=600/75x5x0.79=3l.6V

式中,Iscmax為系統(tǒng)最大單相接地短路電流,A:Kn為零序互感器額定變比。

(2）計算該互感器的二次極限電動勢:

Ek=KaI(Rc+Rn）=KaI(Rc+sn/I2）=l0x5×(0.5+20/25）=65V式中,Ek為互感器額定二次極限電動勢,V:Ka為互感器準確極限系數(shù):Rn為互感器額定二次荷載,0:sn為互感器額定容量,VA。

(3）計算該互感器的二次暫態(tài)系數(shù):Kt=Ek/Es=65/3l.6=2.06>2.0

式中,Kt為二次暫態(tài)系數(shù)。

互感器的飽和裕度大于2倍暫態(tài)系數(shù),互感器參數(shù)滿足選型要求。

3.2.4零序電流互感器型式的選擇

零序電流互感器有兩種型式,一種為分體式,用螺栓或箍帶將兩部分合在一起,分體式互感器由于螺絲的松緊影響其精度一般只能做到l0P級。另一種為整體式,檢測精度后再整體澆注,精度能做到5P級或更高級。整體式一般在保護精度要求較高的變電站內使用。配電網零序互感器使用l0P級已經可以滿足保護精度要求,采用分體式互感器方便安裝,在原有電纜上安裝不需要拆除電纜頭。

4結語

在進行小電阻接地系統(tǒng)改造時,線路保護需要配置兩段零序電流保護,增加零序電流互感器,二次額定電流為5A的,選擇75/5、l0Pl0、20VA的開口式互感器:二次額定電流為lA的,選擇75/l、l0Pl0、5VA的開口式互感器,小電阻接地系統(tǒng)改造后可以快速隔離單相短路故障,提高配電網運行安全性,是一種值得推廣的運行方式。