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10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

作者:佚名     文章来源:不详    更新时间:2006年05月18日     
内容预览

10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

袁 勇1,李晓明2,潘 艳2,谢江辉3,李 彬3,孙 红3

(1.三峡大学电气及信息工程学院电气自动化系,湖北宜昌443002;
2.武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072;
3.武汉供电局,湖北武汉430011)

    摘  要:提出了10 kV小电阻接地系统的系统模型和节点电压方程,根据该模型分析了该系统线路对地电容参数不对称所引起的流过接地变压器中性点的零序电流的变化规律。分析了高压侧出现单相接地故障对低压侧的影响情况,分析了变电所接地网接地不良所产生的接地变压器中性点零序电压升高的情况,并通过仿真算例证实了参数不对称和接地不良可能导致接地变压器零序电流保护误动的结论。
    关键词:小电阻接地;接地网;参数不对称;零序电流保护;节点电位法


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10 kV配电网主要采用地下电缆,使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。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。因此我国许多大城市10 kV配电网采用了中性点经小电阻接地方式来解决这一问题。10 kV中性点小电阻接地方式在我国投入运行时间不长,许多问题尚未进行深入研究。本文就小电阻接地系统运行中可能出现的电缆对地电容参数不对称及变电所接地网不良所带来的问题进行了研究。
2 10 kV小电阻接地系统线路参数不对称产生的问题
2.1 系统模型
  目前,由于10 kV中性点小电阻接地系统主变压器10 kV侧一般采用三角形接线,中性点须采用一台接地变压器来实现,故建立10 kV小电阻接地系统电网模型如图1所示。

10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
  其中,10kV小电阻接地系统特殊问题的研究出线对地等效三相电容阻抗值,10kV小电阻接地系统特殊问题的研究型接地变压器三相等值阻抗;10kV小电阻接地系统特殊问题的研究为系统等值三相电势源,Zab、Zbc、Zca分别为其三相电源等效内阻,R为接地电阻。
2.2 节点电压方程
  对以上建立的10kV小电阻接地系统的网络模型,采用节点电位法进行分析,选择节点5作为参考节点,节点方程为:10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
 10kV小电阻接地系统特殊问题的研究10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

根据U4的表达式,对各种不对称情况作如下分析。  
    (1)当10kV小电阻接地系统特殊问题的研究,即Z型变压器三相阻抗对称,且10 kV出线三相等效对地电容对称,等效电源内阻相等。
  此时有:Y14=Y34=-Y24,因此可得:UR=U4=0,即无论三角形接法的电源侧出现何种不对称情况,均不会导致小电阻流过零序电流。
  (2)当Z型变压器三相阻抗、10 kV出线三相等效对地电容、等效电源内阻中有一个参数不对称时,U4≠0,小电阻上将产生零序电流。因电缆线路某相绝缘发生老化(但未击穿),与其他两相产生不对称,或在施工过程中,由于施工人员没有严格按照规程操作,将杂质混入电缆接头处,这同样也会给电缆参数不对称造成隐患,故线路参数不对称的可能性最大,下面以线路参数不对称为例进行分析。
  设A相对地电容参数不对称,不对称系数为K,定义K为:
  10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
其中Za为对称时A相的标准参数;Z″a为不对称时A相的实际参数。很显然,K的取值越大,不对称程度越厉害。
10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

其中:IR为流过接地变压器中性点的零序电流,K′为系统阻抗参数及不对称系数K的函数。
由式(4)、(6)和(7)可以推出下列结论:
  1)|K′|为K的单调递增函数,随着K的增大而增大。当K=1时,即发生单相接地故障时,|K′|达到最大值;当K=0时即三相对称时|K′|为零。也就是说不对称度越大,|K′|值越大。因而由上述IR的表达式可知,不对称度越大,小电阻上零序电流越大。
  2)线路对地电容参数不对称时,将导致接地变压器中性点出现零序电压。不对称越严重,零序电压越高。
    3)当高压侧正常对称运行时:|ΔE|=|Eab10kV小电阻接地系统特殊问题的研究,高压侧出现单相接地故障时:|ΔE|=10kV小电阻接地系统特殊问题的研究(取决于高压侧哪一相故障)[1]。即:|ΔE′|≤|ΔE|,所以,线路参数不对称情况下高压侧接地故障不会导致低压侧零序电流的进一步增加。
  4)对于其他各种参数不对称的情况,均可得到与以上分析相类似的结论。
2.3 参数不对称产生的问题
  由于参数不对称会使小电阻上产生零序电流,且零序电流随着不对称度的增大而增大,所以当不对称度增大到一定程度的时候,达到接地变压器零序电流保护的整定值,将导致接地变压器零序电流保护误动。
3 接地网接地不良产生的问题
  10 kV小电阻接地系统变压器高压侧中性点一般直接接地,当接地网接地不良时,高压侧任何形式的接地短路故障都会引起地电网电位的升高,从而影响10 kV侧的正常电压。特别是10 kV小电阻接地系统线路参数不对称时,由于相电压的升高,将进一步增大小电阻上的零序电流。下面结合实例来分析。
  如图2所示,主变压器高压侧110 kV中性点直接接地,低压侧10 kV中性点经电阻接地,它们都与变电站的地网相连。接地网接地电阻为Rj

10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

    当110kV侧单相接地时,通过接地网的短路电流Id使地网电位升高至Uj

10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

Uj作用于10 kV侧回路,使10 kV侧电网相对理想地的电压升高,即加在对地电容上的电压升高。此时如果线路参数不对称,小电阻上将有零序电流产生,相电压的升高进一步增大小电阻上的零序电流。如2.3所述,此时接地变压器零序电流保护误动的几率将会加大。
4 现场数据仿真
  某变电站110 kV中性点直接接地,10 kV侧经接地变压器中性点串小电阻接地,接地电阻为16Ω,接地变压器零序阻抗为4.4Ω,10 kV侧线路对地电容阻抗为101Ω,接地变压器零序电流保护整定值为55 A。
  根据实际参数,取不同的不对称系数K的值,得出线路参数不对称时产生的流经中性点的电流IR随自变量K变化的曲线,如图3所示。考虑接地网接地不良时,接地网电阻取为0.5Ω,根据不同的高压侧短路电流及K值得到一组流经中性点的电流IR的曲线,如图4所示。图中均为接地变压器零序电流保护整定值。

10kV小电阻接地系统特殊问题的研究
10kV小电阻接地系统特殊问题的研究

  从以上仿真曲线可以看出,随着不对称系数的增加,接地变压器中性点电流增加。仅仅线路对地电容阻抗不对称时,当不对称系数K达到0.55左右时,接地变压器零序电流达到保护整定值,接地变压器零序电流保护将误动。如果变电所接地网不好,线路对地电容阻抗又不对称,接地变压器零序电流达到保护整定值时的不对称系数K明显减小,且高压侧短路电流越大,K值越小。仿真结果很好地验证了前面的分析。
5 结语
  10 kV中性点小电阻接地方式在我国投入运行时间不长,许多问题尚未进行深入研究。线路参数不对称会产生流过接地变压器中性点的零序电流,变电所接地网接地不良会导致接地变压器中性点零序电压加大。线路参数不对称达到一定的程度或两个因素的同时存在将引起接地变压器零序电流保护误动。因此对电缆线路参数的对称性及变电所接地网接地的完好性进行监测是保证小电阻接地系统安全运行的重要措施。

参考文献
[1]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京:水利电力出版社,1986.
[2]张隆兴,周裕厚.10 kV及以下电力电缆实用技术[M].北京:中国物资出版社,1998.
[3]Paul Dev,Venugopalan SI.Low-resistance grounding methodfor mediumvoltage power systems.1991 IEEEIndustry Ap-plication Society Annual Meeting 1991,Sponsored by IEEE Industry Application Soc.1571-1578.
[4]Yu,Luke;Henriks,Rolf L.Selection of system neutralgrounding resistor and ground fault protection for industrial power systems.38th AnnualPetroleumand ChemicalIndustry Conference 1991,Sponsored by IEEEIndustry Applications

继电器

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