小电阻接地方式对变压器差动保护的影响

闫 石

(深圳市机场(集团)有限公司， 广东 深圳 518128)

0 引 言

采用中性点经小电阻接地方式因有利于故障快速切除及降低接地故障过电压等优点而广泛应用于大量使用电缆的10～35 kV配电系统[1～4]。但主变10～35 kV侧通常为d联结，无法引出中性点，需要通过接地变人造中性点接入小电阻后接地，此方式给变压器差动保护带来一些影响。为解决该影响，采用对称分量法进行分析及电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)进行仿真，并提出具体措施。

1 小电阻接地方式

接地变接入位置有2种：(1)接于主变d侧引出线；(2)接于主变d侧母线。接地变通常采用Z联结,如图1所示，Z联结是把每相绕组分成匝数相等的两部分，一相的上半部分绕组与另一相的下半部分绕组反串组成一相，下半部分绕组的首端连在一起作为中性点引出。系统正常运行时，绕组仅流过励磁电流，三相芯柱上的磁动势对称，产生的主磁通在铁芯中构成回路，励磁电抗很大。系统接地故障时，因每相芯柱上、下半部分绕组的零序电流方向相反，合成磁动势为零，故仅产生零序漏磁通，此时零序电抗相当于漏抗。零序漏磁通只能通过非铁磁材料构成回路，零序阻抗小[5～8]。

图1 Z联结

2 区外单相接地故障时差动保护的动作

2.1 接地变接于主变d侧引出线

若差动保护区外母线A相接地故障(图2中K1处)，应用对称分量法可得出其复合序网，如图3所示。

图2 A相接地故障Ⅰ

图3 母线A相接地故障复合序网Ⅰ

(1)

主变Y侧电流为

(2)

若差动保护以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正，经校正后的Y侧电流为

(3)

差动保护的差动电流为

(4)

由式(4)可知，差动保护采用以d侧电流为基准，校正Y侧电流的方式，其区外单相接地故障时，差动电流就是流经接地变的零序电流，三相幅值相等，可能导致差动保护误动。为避免区外单相接地故障导致差动保护误动，可采取d侧过滤零序电流的措施，若差动保护无此功能，则只能提高差动保护起动值。

若差动保护以Y侧电流为基准，对d侧电流进行校正，经校正后的d侧电流为

(5)

Y侧经过滤零序电流后的电流为

(6)

差动保护的差动电流为

(7)

由式(7)可知，差动保护采用以Y侧电流为基准，校正d侧电流的方式，其区外单相接地故障时，差动电流为零，差动保护不会误动。

2.2 接地变接于主变d侧母线

若差动保护区外母线A相接地故障(图4中K1处)，应用对称分量法可得出其复合序网，如图5所示。

图4 A相接地故障Ⅱ

图5 母线A相接地故障复合序网Ⅱ

主变d侧电流为

(8)

主变Y侧电流为

(9)

若差动保护以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正，经校正后的Y侧电流为

(10)

差动保护的差动电流为

(11)

由式(11)可知，差动保护采用以d侧电流为基准，校正Y侧电流的方式，其区外单相接地故障时，差动电流为零，差动保护不会误动。

若差动保护以Y侧电流为基准，对d侧电流进行校正，经校正后的d侧电流为

(12)

Y侧经过滤零序电流后的电流为

(13)

差动保护的差动电流为

(14)

由式(14)可知，差动保护采用以Y侧电流为基准，校正d侧电流的方式，其区外单相接地故障时，差动电流为零，差动保护不会误动。

3 区内单相接地故障时差动保护的灵敏度

3.1 接地变接于主变d侧引出线

若差动保护区内A相接地故障(图2中K2处)，应用对称分量法可得出其复合序网，如图6所示。

图6 主变A相接地故障复合序网Ⅰ

主变d侧电流为

(15)

主变Y侧电流为

(16)

若差动保护采用以Y侧电流为基准，对d侧电流进行校正的方式，其差动电流为

(17)

制动电流为

(18)

若差动保护采用以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正的方式，其差动电流为

(19)

制动电流为

(20)

同理，若d侧经过滤零序电流，则其差动电流为

(21)

制动电流为

(22)

3.2 接地变接于主变d侧母线

若差动保护区内A相接地故障(图4中K2处)，应用对称分量法可得出其复合序网，如图7所示。

图7 主变A相接地故障复合序网Ⅱ

主变d侧电流为

(23)

主变Y侧电流为

(24)

若差动保护采用以Y侧电流为基准，对d侧电流进行校正的方式，其差动电流、制动电流的形式与式(17)、(18)相同。

若差动保护采用以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正的方式，其差动电流为

(25)

制动电流为

(26)

差动保护的灵敏度KIm为

(27)

式中:Iqd、Ir1、K1分别为差动保护的起动值、第一拐点电流、比率制动曲线第一段折线的斜率。

4 仿真计算

采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真计算，按某35 kV、10 kV供电系统参数分别设置，如表1和表2所示：

表1 35 kV供电系统参数

表2 某10 kV供电系统参数

考虑单相接地故障时接地电阻电流大于零序电容电流才能限制弧光接地过电压，ZC0按1～4倍(ZT0+3R)设置，单相接地故障仿真结果如表3所示。

根据表3可知，受系统容抗的影响，主变空载时的单相接地故障电流并不是最小。接地变接于主变d侧引出线时，差动保护采用以d侧电流为基准， 校正Y侧电流的方式， 考虑躲过区外单相接地故障时流过接地变的电流(可靠系数取1.5)，110/35 kV主变的差动保护起动值必须大于0.4Ie(Ie为主变额定电流)，110/10 kV主变的差动保护起动值必须大于0.06Ie。工程实践中，通常Iqd取0.4Ie，Ir1取0.5Ie，K1取0.5，可满足上述要求。差动保护对单相接地故障的灵敏度如表4-6所示。

表3 用户供电系统单相接地故障电流

表4 以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正

表5 以经过滤零序分量的d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正

表6 以Y侧电流为基准，对d侧电流进行校正

根据表3～6可知，对于10 kV供电系统，当单相接地故障电流小于400 A时，无论接地变接于何处，差动保护采用何种电流校正方式，差动保护均无灵敏度。

对于35 kV供电系统，当单相接地故障电流小于600 A，仅接地变接于主变d侧母线，且差动保护采用以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正的方式，能保证不小于1.5的灵敏度，其余方式无法保证灵敏度。

5 结 语

1)对于变压器d侧为小电阻接地系统的差动保护，整定值计算时应校验对d侧区内单相接地故障的灵敏度，并考虑受系统容抗影响可能出现的最小单相接地故障电流。

2)为保证差动保护对变压器d侧区内单相接地故障的灵敏度，小电阻接地供电系统的单相接地故障电流不宜过小，DL/T584—2017规程建议以1 000 A 左右为宜。

3)优先采用接地变接于主变d侧母线，差动保护以d侧电流为基准，对Y侧电流进行校正的方式较其他方式更易保证差动保护的灵敏度。

4)接地变接于主变d侧引出线，差动保护应采取过滤d侧零序电流或提高差动保护起动值的措施以避免d侧区外单相接地故障而导致的误动，采取的措施应对差动保护的灵敏度影响最小。

5)考虑各地区运行习惯不同，对单相接地故障电流的限制也不尽相同，无法保证差动保护灵敏度的，只能由接地变零序电流保护联跳延时切除故障。