1、6kV配電系統(tǒng)零序保護整定計算原則改進于海東，向 敏，劉 濤（浙江國華寧海發(fā)電廠， 浙江 寧波 315612）摘 要：隨著機組的容量不斷增大， 6kV系統(tǒng)小電阻接地方式的電廠越來越多。由于小電阻接地與中性點不接地系統(tǒng)在6kV設備在零序電流的分布及大小上有著一定的區(qū)別，而相應的保護整定規(guī)程確未能及時變更，因此在整定上也就會產生很多的誤區(qū)。本文通過對寧海電廠卸船機接地故障的分析，闡明了卸船機零序保護存在的問題，并提出了相應改進建議。對同類型電廠6kV系統(tǒng)零序保護整定具有一定的參考意義。關鍵詞 零序保護；小電阻接地系統(tǒng) ；保護靈敏度。0 引言隨著機組的容量不斷增大， 6kV系統(tǒng)小電阻接地方式的電廠越

2、來越多。由于小電阻接地與中性點不接地系統(tǒng)在6kV設備在零序電流的分布大小上有著較大的區(qū)別，而相應的保護整定規(guī)程卻未能及時變更，因此在整定上也就會產生很多的誤區(qū)。1系統(tǒng)簡介寧海電廠單機6kV配電系統(tǒng)（中阻接地）有兩段6kV母線。每條母線分別由二條分為工作及備用的6kV線路供電；6kV/400V變壓器配置了速斷（F-C接觸器除外）過流、零序保護。高壓電動機配置熱過載，不平衡，速斷（F-C接觸器除外）和零序保護。系統(tǒng)接線示意圖如圖2所示。廠6kV設備（不包括電源饋線）零序整定原則如下：由于6kV系統(tǒng)采用的是中阻抗接地，接地電流IN限制為600A。選取接地電流的2030IN，為120180A，因繼電器

3、的零序電流的最大整定值為80A，取80A。延時時間和啟備變低壓側中性點零序相配合，取0.7s和啟備變低壓側中性點零序時間1.1s相配合。卸船機依據(jù)以上原則整定零序電流保護定值為：I0=80A t=0.5秒(輸煤系統(tǒng)，時間減少)2006年11月26日，寧海電廠輸煤卸船機6kV電纜發(fā)生了一點接地，而后發(fā)展成三相短路故障。由速斷保護切除了故障。其故障波形如圖1。由圖中可以看出系統(tǒng)首先發(fā)生的是C相接地故障，在大約100ms后發(fā)展為三間短路故障。同時也可看出在C相短路期間，零序電流為0.025000/5=20A小于零序保護電流定值80A。很明顯可以看出，卸船機原零保護在定值整定上存在問題。為了能更加清楚

4、的進行說明，我們首先對變壓器中性點經小電阻接系統(tǒng)在單相接時電壓及電流的特點進行分析：圖1 卸船機單相接地故障發(fā)展成三相短路錄波圖（CT變比：5000/5）Fig.1 Recorder of the single-phase ground fault to threephase ground fault of the ship unloader2 變壓器中性點經小電阻接地系統(tǒng)單相接地電壓、電流特點分析2.1 單相接地電流分析以卸船機C相接地故障為例進行分析,中性點接地系統(tǒng)示意圖如圖2所示：根據(jù)等效發(fā)電機原理可求得故障電流Ig（式1）式中,R為變壓器中性點接地電阻，Rf為接地過渡電阻圖2 寧海電廠

5、6kV系統(tǒng)示意圖Fig.2 The system of the 6kV supply system of the NingHai power plant圖3 中阻抗系統(tǒng)單相接地等值電路圖Fig.3 The circuit of the single-phase ground fault in indirectly grounding system 式（1）中，第一項為故障時總的電容電流；第二項為通過故障點的阻性電流。如圖3所示，當系統(tǒng) C相發(fā)生非金屬性接地時，設故障點的過渡電阻為 Rf，中性點接地電阻 R,系統(tǒng)總的對地電容為 C0，實際中的正序阻抗 Z1、負序阻抗 Z2都遠遠小于零序阻抗 Z0

6、，因此可以忽略不計。Z0 近似認為3R 和 Xc并聯(lián)之值再與3Rf串聯(lián)，其等值電路見圖 3。從圖中可以看出零序電流I0由兩部分構成。一是高壓廠變接地電阻R提供，另一部分由故障分支外的電容Xc0提供，兩者是并聯(lián)關系。當電阻R越小由電容提供的電流就越小，當變壓器直接接地R=0時，電容被短接不再提供電流。這就是在大接地系統(tǒng)時為什么不需考慮外部故障時流過本設備的電容電流的原因。當變壓器不接地（電阻斷開）時，全部接電流由電容提供。由圖中可以看出由于變壓器中性點電阻的存在，系統(tǒng)單相接地時系統(tǒng)零序電流不是只由變壓器中性點提供，還由各個分支對地電容來提供。其電流分布與中性點不接地系統(tǒng)相似，其分布如圖2所示。同

7、時接地電阻對零序電流的影響在圖3中可以明顯看出來。由于X0=jC0與R相比較小，當Rf=0，時，故障電流為Ig，系統(tǒng)的接地電流明顯要大于中性點不接地系統(tǒng)。2.2 單相接地后電壓分析中性點由于單相接地引起的電壓偏移Ud0是由IR在中性點接地電阻R上即IRR產生的壓降引起的，即: （式2）系統(tǒng)的運行方式確定后，C0即確定，則中性點電阻R確定后，中性點偏移電壓Ud0只和過渡電阻有關。根據(jù)式2可以證明Ud0的變化軌跡和中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障中心點偏移電壓軌跡相似，是在以故障相電壓為直徑的半圓內移動，如圖4所示。由向量圖可以看出，C相電壓仍然是最高，但是不會超過線電壓。各相對地電壓變化與中性點

8、不接地系統(tǒng)相同。非故障相對地電壓的最高值是相電壓的3倍不會出現(xiàn)超過線電壓的現(xiàn)象，其矢量圖如圖4所示。圖4 中性點小電阻接地系統(tǒng)經過渡電阻接地電壓矢量圖Fig.4 The voltage vectorgraph for the transition resistance ground fault of the low resistance grounded system 將卸船機C相接地后錄波器錄得的電壓轉成矢量圖如圖5所示，與理論分析矢量圖4相符。說明卸船機接地時有較大的接地電阻。圖5 錄波器實錄C相接地電壓矢量圖Fig.5 The recorder of vectorgraph of the

9、 phash C fault從以上分析我們可以得出以下結論:（1）系統(tǒng)單相接地時，隨接地電阻變化健全相電壓不升高或升幅較小，對設備絕緣等級要求較低。（2）接地時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路。但不能忽略接地電阻對零序電流的影響。（3）發(fā)生接地故障時，非故障分支與中性點不接地系統(tǒng)一樣仍將提供電容電流，流過保護裝置電流大小與保護背后系統(tǒng)電容容量有關。（4）由于接地點的電流較大，當零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導致相間故障發(fā)生。3 保護整定存在問題分析及改進意見3.1 整定未考慮接地故障時接地電阻的影響。當系統(tǒng)發(fā)

10、生接地故障且接地電阻較大時，保護是不能正確動作的。卸船機電纜接地故障時，錄波的數(shù)據(jù)說明實際接地故障發(fā)生時流過保護的接地電流不一定會超過80A。這樣就要求必需將電流定值減小以滿足保護靈度的要求。但電流減小到多少為合適，需要考慮以下幾方面：（1）考慮按躲外部故障時，流過本保護安裝處的零序電流；由前面的分析可知，在變壓器中性點經電阻接地系統(tǒng)中，在單相接地時與不接地系統(tǒng)相似，非故障分支有電容電流流過。所以保護整定時需考慮躲過此電流，以保證保護不誤動。 3I0.set=3KrelIC 式中：IC是被保護設備的單相電容電流Krel為可靠系數(shù)，取23（2）考慮躲空升涌流、低壓側三相短路（變壓器）及電動機啟動

11、以及時的不平衡電流：對于低壓變高壓側中性點不接地的情況下：也需考慮兩種情況：第一種情況，CT安裝如圖6所示，這樣是不需考慮不平衡電流對保護的影響的。因為此時根據(jù)基爾霍夫電流定律，無論是勵磁涌流還是電機啟動電流的情況下。Ia+Ib+Ic=0也即三相電流的矢量和為零。這樣三相電流產生的磁通為零。這個結論不僅適用于基波同樣也適用于各次諧波。所以理論上不需考慮不平衡電流的影響。但由于三相導體在零序CT窗口中的位置不對稱，其漏磁通不同，所以也會產生一些不平衡電流，根據(jù)在不同條件下實測結果，不平衡電流小于0.005倍平衡的三相電流1。圖6 只有一個零序CT的情況Fig.6 The current from

12、 special zero sequence current CT據(jù)此：3I0.set=（0.10.2）In式中In為一次額定電流。另一種情況，是零序CT如圖Y安裝，或在保護軟件中取三相電流和圖7 零序電流由三相CT合成Fig.7 The zero sequence current from three phase CT這種情況下就要考慮不平衡電流。因為變壓器的勵磁涌流和電動機的啟動電流非常大，接近短路電流。三個CT飽和程度不一致將產生不平衡電流。尤其是勵磁涌流三相電流幅值有時會相差較大，其產生的不平衡電流就更大。3I0.set=KrelKKIunb式中：Krel-為可靠系數(shù)：KK-為CT最大

13、誤差取0.2Iunb-為最大的勵磁或啟動電流取6-8In零序保護定值應在以上兩種情況（區(qū)外和不平衡）兩者之中取大者。32原卸船機零序保護在動作時間方面存在問題原定值取較長延時，其本意是保證保護的可靠性。但根據(jù)前面的分析中性點經電阻接地系統(tǒng)在金屬性接地時電流比較大，如果故障持續(xù)時間較長將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害。同時雖然此時的電壓升高較不接地系統(tǒng)小但仍有較大上升，易導致發(fā)展性故障。在零序電流充分考慮躲過各種誤動的因素后，快速作用于跳閘在整定上應做如下考慮：（1）當保護需與下級保護配合.取: t0.op= t0.op.max+t 式中:t0.op.max-下級單相接地保護最長動作時間(s

14、)t-保護時間級差 （2）若不與下級保護配合，導致相間故障發(fā)生。所以保護應經一短延時跳閘。4 結論由以上論述可以看出：變壓器中性點經小電阻接地的零序保護，與中性點不接地系統(tǒng)在電流幅值及相位上有一定的改變。但電容電流的分布與流向與中性點不接地系統(tǒng)相同。因此，其整定計算原則應與中性點不接地系統(tǒng)的整定原則相似，需考慮躲過外部短路時本側的電容電流和CT的不平衡電流。由于接地電阻的存在，不應該認為由于中性點經小電阻接地系統(tǒng)提高了接地電流，任意取其電流的百分之幾就可以保證靈敏度。同時所以中性點經小電阻接地保護應在保證可靠性的基礎上盡快作用于跳閘，來避免接地故障發(fā)展為相間故障。參考文獻：1 高春如大型發(fā)電機

15、組繼電保護整定計算與運行技術，The calculating settings of rely protection and performance technic for large generator and transformer中國電力出版社 2006年第一版 2 范迎青，高文逸610 kV電網中性點經中電阻接地的單相接地保護The Protection of Single-phase Earth Fault in 610 kV Power System Grounding with Medium ResistanceJ電力自動化設備，2000，20（1）：1214The propos

16、ition to the setting of zero-sequence current protection principle of 6kV supply systemYu Hai-dong, Xiang Ming, Liu Tao（Guohua Ninghai Power Plant, Ningbo 315612, China）Abstract：With the capacity of the unit increased.the more and more power plant use low grounding system in the 6kV supply system. B

17、eacause there is some diffent between the non grounding system and the low grounding system in the distributed and amplitude of zero-sequence current.and at the same time there is no the rule of the setting,the mistake must be exist. With the anlysis of the grouding fault in the ship unloader power sys