10kV小电阻接地方式在线监测研究

引言

随着国民经济的快速发展,城市化建设进程不断加快,当前10kV电力系统正逐步进行10kV小电阻接地方式改造工作。因此,10kV电力系统的稳定性和可靠性相关研究也在不断发展和优化。近年来小电阻接地变误动跳闸事故不断增多,针对小电阻接地变的在线监测技术却尚未成熟。因此,完善小电阻接地系统接地保护配置方案,从接地变压器原理上解决10kV小电阻接地方式在线监测难题,对于提高10kV电力系统供电可靠性具有重要意义。

1小电阻接地系统

当10kV电力系统为不接地系统时,在系统发生单相接地故障时,接地点电流主要为系统电容电流,故障电流小。10kV电力系统经小电阻接地是通过人为增加一个接地点,当系统发生单相接地故障时,系统与大地通过故障点及小电阻接地变形成故障电流回路,可提高选线跳闸的可靠性,快速隔离故障,防止故障进一步发展为两相或三相短路接地。10kV小电阻接地系统正常运行时,流过接地变压器的电流情况如图1所示。

由于小电阻接地方式下的系统运行稳定,三相负载较为均衡,三相电容电流平衡,正常运行状态下一次侧流过小电阻的零序电流很小,为系统电容电流。故障时流过接地变中性点的故障电流为:

小电阻接地系统正常运行方式下无法发现接地变中性点故障,只有当系统发生接地故障时,流过中性点大电流,才能发现接地变及中性点故障。当此时中性点故障并未及时发现并消除时,可能导致接地变故障电流极大,影响设备安全,同时将引起联跳母联开关及主变变低开关,造成10kV母线失压。

2接地变压器

Z型变压器是常见的10kV接地系统采用接地变压器。该型变压器在目前电力系统运行中可靠性较高,维护较为方便,该型变压器将三相铁芯柱每个芯柱上的绕组平均分为两部分,三相绕组根据Z型变压器连接成星型接线,如图2所示。

由图2可知,Z型变压器绕组对于正序及负序电流呈现高阻抗性,在每一个铁芯柱上相反绕接原边及副边绕组,当两个绕组内流过相同的电流即零序电流时,两个绕组产生相互抵消的磁通,此时对于零序电流呈现低阻抗性。正常运行状态下,流过变压器中性点的电流极小,难以发现接地变压器小电阻及零序CT回路故障,目前在电力系统运维中时有出现由于接地变压器中性点发生直接接地故障或零序CT二次回路开路等故障,导致接地变过流保护动作跳闸或主变变低及母联开关跳闸等情况。因此,采取合理的小电阻接地变及其回路在线监测方案,及时发现并消除中性点接地电阻系统中接地变、接地电阻、零序互感器等部分的故障具有重要的实际意义。

3在线监测方案分析

由图2可知,当解决了10kV系统正常运行方式下,流过10kV接地变副边侧小电阻零序电流难以采样判断是否正常运行的问题,即可解决10kV小电阻接地方式在线监测问题。因此,可修改接地变压器三相绕组阻抗参数,使得正常运行方式下仍有可检测的零序电流流过小电阻及零序CT。

具体方案如下:当Z型变压器三相存在不平衡阻抗,使得正常运行情况下仍有满足当前零序CT检测精度等级要求的正常运行电流,同时当系统发生单相接地故障时,流过小电阻的故障电流仍满足选线跳闸定值。为满足可靠性要求,可进一步优化故障跳闸特点,利用上下级保护之间的纵向配合及同级保护之间的横向配合,设定反时限零序过电流保护,提高保护灵敏度。

公式(2）～公式（5）中,iset1、iset2为小电阻在线监测告警定值,iset3为小电阻在线监测保护动作定值:当正常运行方式下流

过小电阻的零序电流为I1,通过零序CT采样二次侧电流i1,应满足以下要求:

（1）当i1符合公式)1）定值情况:

此时装置不发出任何信号,装置判断系统正常运行,小电阻、零序CT及接地变正常。

（2）当i1符合公式)2）及公式)3）定值情况:

此时装置发出告警信号,装置判断零序CT或小电阻接地系统发生异常情况,需要继电保护运维人员处理。

（3）当i1满足公式)2）定值要求:

此时装置发出跳闸命令,装置按照正常系统发生接地故障时整定的定值要求执行跳闸命令。根据设定定值,向保护装置、后台及远动设备发送相应告警信号或跳闸指令。

基于整定值可进一步计算各相绕组阻抗,并设置接地变压器参数。

4结语

本文在10kV小电阻接地系统基础上,分析了小电阻接地系统及Z型接地变压器基本原理,在现有Z型变压器基础上研究设计了接地变压器、接地电阻及零序CT等部分的在线监测方案,保障接地变压器及其装置的可靠稳定运行,有利于及时发现故障,同时基于此方案可进一步设计接地变压器参数以及进一步研究小电阻接地其他监测手段。