20kV小接地系统在配电网中的应用与分析
2019-09-10张义平秦银平
张义平 秦银平
【摘 要】在电力系统当中,中性点不接地与经消弧线圈接地的系统被统称为小接地系统,其能够在统一小接地系统当中进行不同的出线,也可以为同一出线的不同点。本文主要通过对20KV小接地系统的应用展开分析,以期能够为业内提供参考。
【关键词】小接地系统;配电网;20kV
1问题的提出
在我国低压电力系统中,变压器的中性点多采用非直接接地方式的小接地电流系统。当线路发生单相接地故障时,故障相对地电压降为零,非故障相对地电压升高为故障后的线电压,非接地相对地电容电流增大,等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。但单相接地故障后三相线电压基本保持不变,负荷电流不变,对供电负荷没有影响,因此规程允许继续运行1-2h。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、TV保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故。
随着社会经济不断发展,电力中心区负荷密度逐渐增大。10kV供电局限性慢慢凸显,20kV供电系统因能有效增加负荷输送能力,减少上级变电站布点、节约线路走廊而受到电力工作者青睐。20kV小接地系统的电压身为IEC标准已被数十个国家相继采用。但是要使20kV供电系统稳定接入配电网,首先需要解决的便是各类技术性问题。当中,如何结合当前配电网运行的实际需求,做好20kV小接地系统的实践应用是一个亟待解决的问题。
2 20kV小接地系统在配电网中的应用与分析
在配电网序列当中,20kV小接地系统有着极为明显的技术优势、经济优势与十分可观的社会效益。自第一个20kV小接地系统顺利接入至配电网后,配电网在提升工作效率的同时也出现了诸多问题,致使连续用电的用户产生巨大的经济损失,同时也致使供电可靠性下降。本篇章通过对20kV小接地系统在配电网当中的各项保护措施进行分析,以期能够为同行业提供参考。
2.1零序电流保护
20kV小接地系统当中的零序电流保护是基于故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点,区分出故障和非故障线路,从而构成有选择性的接地保护。零序电流保护方法是满足选择性接地保护的要求,是电网每相对地总电容与被保护线路对地电容之比大于1时,才有可能保证保护装置的可靠动作。由此可见,这20kV小接地系统只适用于被保护线路对地电容较小而电网对地总电容相对大的场合;当电网单相接地电容电流较小,又存在长线路的情况下,较难满足选择险性。
对于20kV小接地系统当中的中性点经消弧线圈接地系统,由于消弧线圈提供的电感电流补偿了电网对地的电容电流,使流过故障线路的零序电流大大减小,此时很难用零序电流保护来获得保护的选择性。对于中险点经消弧线圈并(串)电阻接地系统,采用此方法要保证动作的选择性,必须使中性点电阻提供的有功电流足够大,否则也无法获得20kV小接地系统保护的选择性。
2.2零序功率方向保护
20kV小接地系统零序功率方向保护利用故障线路零序电流滞后零序电压90°与非故障线路零序电流超前零序电压90°的特点来实现选择性接地保护。由于这一方法对零序电流的大小要求降低,使之在实际电网,特别是中性点不接地系统中得到广泛应用。对于中性点经电阻接地系统,由于故障线路零序电流滞后零序电压的角度大于90°,因此应用该方法时有一定的局限性值得注意的是,在中性点经消弧线圈接地系统中,一般认为当消弧线圈工作欠补偿方式时,此方法仍然可行,但这并不全面。例如对于某电网,因其全是电缆供电网络,电网对地电容主要集中在线路上假设6kV电网单相接地电容电流为5OA,两条线路,其对地电容电流分别为20A,15A,另外一条线路为15A为实现基于零序功率方向保护方法的选择性,要求消弧线圈的电感电流A=30A,才能保证在所有线路,包括电容电流最大线路上发生单相接地故障时选线的正确性。显然,此时补偿效果是较差的,残余电流大于30A。另外,每条线路的对地电容电流是经常变化的,计算和实测也较困难。
另外,由于该方法依据零序电流与零序电压的相位差进行选线,故对零序电流互感器的角特性要求较高;当电网存在架空出线,采用零序电流滤过器的方法获取零序电流信号时,更容易受到正常负荷电流产生的不平衡电流影响。因此,20kV小接地系统能够在此方面当中保证电网零序功率的正常运转。
2.3首半波保护
20kV小接地系统首半波保护基于单相接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设条件,当相电压接近最大值时,若发生接地故障,则故障相对电容通过故障线路向故障点放电,故障线路电感和对地分布电容使电流具有衰减震荡性,对于中性点经消弧线圈接地系统,由于暂态电感电流的最大值应出现在接地故障发生和相电压经过零序的瞬间,而接地故障发生在相电压接近最大值应出现在接地故障发生在相电压经过零序的瞬间,而接地故障发生在相电压接近最大值瞬间,消弧线圈中的暂停电感电流接近于零,暂停电容电流较暂态电感电流大得多。因此在同一电网中,在相电压接近于最大值发生单相接地故障的瞬间,中性点经消弧线圈接地系统的过渡过程与中性点不接地系统的近似相同,中性点对地电压间的相位关系得到证实,故可利用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波方向与非故障线路相反的特点实现选择性接地保护。
从上述此方法工作特点可知,根据首半波保护工作的接地选线装置,显然不能反映相电压较低时的接地故障,且受接地故障点过渡电阻影响较大,同时也存在工作死区加上不同的电网结构,时间常数各不相同,接地暂态过程的振荡频率等特性也必然不同,从而使首半波的时间宽度各不相同。因此,利用此原理构成的20kV小接地系统保护装置,其实用范围受到限制。
2.4谐波电流方向保护
由于电源变压器铁心非线性的影响,以及电力电子传动装置在供配电网中的应用,当20kV小接地系统向配电网输入正弦电压后,输出电压将发生畸变。
(1)不管是何种中性点接地方式,单相接地故障时零序谐波电流的分布规律和相位特征与中性点不接地系统的基波零序电流相似。
(2)接地故障点过渡电阻仅影响零序谐波电流和电压的保护。
(3)可以利用零序谐波电流大小或方向构成选择性接地保护。根据相电压的非线性可分解出幅值大小依次为基波和3次、5次、7次、9次、11次、13次、15次等谐波,由于三次谐波受变压器联结组标号的影响,更因其方向一致,使得相间没有三次谐波电压,同样地,也不存在9次、15次等谐波成分。所以零序电流中除基波成分外,谐波电流幅值大小依次为7次、7次、ll次、13次由于5次或7次等谐波含量相对基波而言要小得多,數值很小,极易混入干扰成分,测量精度不易保证再者5次或7次谐波的大小易受电源电动势波形,变压器、负荷及其它非线性元件特性的影响,将在较大的范围内波动。故以次原理构成的接地保护其零序电压动作值往往很高,灵敏度较低,在接地点存在一定过渡电阻值下将出现拒动现象。
结语
综上所述,20kV小接地系统在配电网中的应用对于电网的稳定与高效运行有着重要的价值与作用。行业工作者们应对相关技术原理与应用进行深入的研究分析,提升20kV小接地系统的实际应用效果。
参考文献:
[1]柴满良.寻找小接地系统单相接地故障的方法[J].科技与企业,2014(14):355+359.
[2]谢江宁,蒋星星,郑璐.浅析小接地系统两相接地 继电保护动作情况[J].科技视界,2014(18):13+8.
[3]陈喆.浅析小电流接地系统单相接地故障的接地选线及判据[J].中国新技术新产品,2010(17):19-20.
[4]刘哲,贺润槐.一起典型的小接地系统保护动作分析[J].电力技术,2010,19(Z3):85-88.
(作者单位:国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司)