6kV配电系统零序保护整定计算原则改进

1、6kV配电系统零序保护整定计算原则改进于海东，向 敏，刘 涛（浙江国华宁海发电厂， 浙江 宁波 315612）摘 要：随着机组的容量不断增大， 6kV系统小电阻接地方式的电厂越来越多。由于小电阻接地与中性点不接地系统在6kV设备在零序电流的分布及大小上有着一定的区别，而相应的保护整定规程确未能及时变更，因此在整定上也就会产生很多的误区。本文通过对宁海电厂卸船机接地故障的分析，阐明了卸船机零序保护存在的问题，并提出了相应改进建议。对同类型电厂6kV系统零序保护整定具有一定的参考意义。关键词 零序保护；小电阻接地系统 ；保护灵敏度。0 引言随着机组的容量不断增大， 6kV系统小电阻接地方式的电厂越

2、来越多。由于小电阻接地与中性点不接地系统在6kV设备在零序电流的分布大小上有着较大的区别，而相应的保护整定规程却未能及时变更，因此在整定上也就会产生很多的误区。1系统简介宁海电厂单机6kV配电系统（中阻接地）有两段6kV母线。每条母线分别由二条分为工作及备用的6kV线路供电；6kV/400V变压器配置了速断（F-C接触器除外）过流、零序保护。高压电动机配置热过载，不平衡，速断（F-C接触器除外）和零序保护。系统接线示意图如图2所示。厂6kV设备（不包括电源馈线）零序整定原则如下：由于6kV系统采用的是中阻抗接地，接地电流IN限制为600A。选取接地电流的2030IN，为120180A，因继电器

3、的零序电流的最大整定值为80A，取80A。延时时间和启备变低压侧中性点零序相配合，取0.7s和启备变低压侧中性点零序时间1.1s相配合。卸船机依据以上原则整定零序电流保护定值为：I0=80A t=0.5秒(输煤系统，时间减少)2006年11月26日，宁海电厂输煤卸船机6kV电缆发生了一点接地，而后发展成三相短路故障。由速断保护切除了故障。其故障波形如图1。由图中可以看出系统首先发生的是C相接地故障，在大约100ms后发展为三间短路故障。同时也可看出在C相短路期间，零序电流为0.025000/5=20A小于零序保护电流定值80A。很明显可以看出，卸船机原零保护在定值整定上存在问题。为了能更加清楚

4、的进行说明，我们首先对变压器中性点经小电阻接系统在单相接时电压及电流的特点进行分析：图1 卸船机单相接地故障发展成三相短路录波图（CT变比：5000/5）Fig.1 Recorder of the single-phase ground fault to threephase ground fault of the ship unloader2 变压器中性点经小电阻接地系统单相接地电压、电流特点分析2.1 单相接地电流分析以卸船机C相接地故障为例进行分析,中性点接地系统示意图如图2所示：根据等效发电机原理可求得故障电流Ig（式1）式中,R为变压器中性点接地电阻，Rf为接地过渡电阻图2 宁海电厂

5、6kV系统示意图Fig.2 The system of the 6kV supply system of the NingHai power plant图3 中阻抗系统单相接地等值电路图Fig.3 The circuit of the single-phase ground fault in indirectly grounding system 式（1）中，第一项为故障时总的电容电流；第二项为通过故障点的阻性电流。如图3所示，当系统 C相发生非金属性接地时，设故障点的过渡电阻为 Rf，中性点接地电阻 R,系统总的对地电容为 C0，实际中的正序阻抗 Z1、负序阻抗 Z2都远远小于零序阻抗 Z0

6、，因此可以忽略不计。Z0 近似认为3R 和 Xc并联之值再与3Rf串联，其等值电路见图 3。从图中可以看出零序电流I0由两部分构成。一是高压厂变接地电阻R提供，另一部分由故障分支外的电容Xc0提供，两者是并联关系。当电阻R越小由电容提供的电流就越小，当变压器直接接地R=0时，电容被短接不再提供电流。这就是在大接地系统时为什么不需考虑外部故障时流过本设备的电容电流的原因。当变压器不接地（电阻断开）时，全部接电流由电容提供。由图中可以看出由于变压器中性点电阻的存在，系统单相接地时系统零序电流不是只由变压器中性点提供，还由各个分支对地电容来提供。其电流分布与中性点不接地系统相似，其分布如图2所示。同

7、时接地电阻对零序电流的影响在图3中可以明显看出来。由于X0=jC0与R相比较小，当Rf=0，时，故障电流为Ig，系统的接地电流明显要大于中性点不接地系统。2.2 单相接地后电压分析中性点由于单相接地引起的电压偏移Ud0是由IR在中性点接地电阻R上即IRR产生的压降引起的，即: （式2）系统的运行方式确定后，C0即确定，则中性点电阻R确定后，中性点偏移电压Ud0只和过渡电阻有关。根据式2可以证明Ud0的变化轨迹和中性点不接地系统发生单相接地故障中心点偏移电压轨迹相似，是在以故障相电压为直径的半圆内移动，如图4所示。由向量图可以看出，C相电压仍然是最高，但是不会超过线电压。各相对地电压变化与中性点

8、不接地系统相同。非故障相对地电压的最高值是相电压的3倍不会出现超过线电压的现象，其矢量图如图4所示。图4 中性点小电阻接地系统经过渡电阻接地电压矢量图Fig.4 The voltage vectorgraph for the transition resistance ground fault of the low resistance grounded system 将卸船机C相接地后录波器录得的电压转成矢量图如图5所示，与理论分析矢量图4相符。说明卸船机接地时有较大的接地电阻。图5 录波器实录C相接地电压矢量图Fig.5 The recorder of vectorgraph of the

9、 phash C fault从以上分析我们可以得出以下结论:（1）系统单相接地时，随接地电阻变化健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低。（2）接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。但不能忽略接地电阻对零序电流的影响。（3）发生接地故障时，非故障分支与中性点不接地系统一样仍将提供电容电流，流过保护装置电流大小与保护背后系统电容容量有关。（4）由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。3 保护整定存在问题分析及改进意见3.1 整定未考虑接地故障时接地电阻的影响。当系统发

10、生接地故障且接地电阻较大时，保护是不能正确动作的。卸船机电缆接地故障时，录波的数据说明实际接地故障发生时流过保护的接地电流不一定会超过80A。这样就要求必需将电流定值减小以满足保护灵度的要求。但电流减小到多少为合适，需要考虑以下几方面：（1）考虑按躲外部故障时，流过本保护安装处的零序电流；由前面的分析可知，在变压器中性点经电阻接地系统中，在单相接地时与不接地系统相似，非故障分支有电容电流流过。所以保护整定时需考虑躲过此电流，以保证保护不误动。 3I0.set=3KrelIC 式中：IC是被保护设备的单相电容电流Krel为可靠系数，取23（2）考虑躲空升涌流、低压侧三相短路（变压器）及电动机启动

11、以及时的不平衡电流：对于低压变高压侧中性点不接地的情况下：也需考虑两种情况：第一种情况，CT安装如图6所示，这样是不需考虑不平衡电流对保护的影响的。因为此时根据基尔霍夫电流定律，无论是励磁涌流还是电机启动电流的情况下。Ia+Ib+Ic=0也即三相电流的矢量和为零。这样三相电流产生的磁通为零。这个结论不仅适用于基波同样也适用于各次谐波。所以理论上不需考虑不平衡电流的影响。但由于三相导体在零序CT窗口中的位置不对称，其漏磁通不同，所以也会产生一些不平衡电流，根据在不同条件下实测结果，不平衡电流小于0.005倍平衡的三相电流1。图6 只有一个零序CT的情况Fig.6 The current from

12、 special zero sequence current CT据此：3I0.set=（0.10.2）In式中In为一次额定电流。另一种情况，是零序CT如图Y安装，或在保护软件中取三相电流和图7 零序电流由三相CT合成Fig.7 The zero sequence current from three phase CT这种情况下就要考虑不平衡电流。因为变压器的励磁涌流和电动机的启动电流非常大，接近短路电流。三个CT饱和程度不一致将产生不平衡电流。尤其是励磁涌流三相电流幅值有时会相差较大，其产生的不平衡电流就更大。3I0.set=KrelKKIunb式中：Krel-为可靠系数：KK-为CT最大

13、误差取0.2Iunb-为最大的励磁或启动电流取6-8In零序保护定值应在以上两种情况（区外和不平衡）两者之中取大者。32原卸船机零序保护在动作时间方面存在问题原定值取较长延时，其本意是保证保护的可靠性。但根据前面的分析中性点经电阻接地系统在金属性接地时电流比较大，如果故障持续时间较长将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害。同时虽然此时的电压升高较不接地系统小但仍有较大上升，易导致发展性故障。在零序电流充分考虑躲过各种误动的因素后，快速作用于跳闸在整定上应做如下考虑：（1）当保护需与下级保护配合.取: t0.op= t0.op.max+t 式中:t0.op.max-下级单相接地保护最长动作时间(s

14、)t-保护时间级差 （2）若不与下级保护配合，导致相间故障发生。所以保护应经一短延时跳闸。4 结论由以上论述可以看出：变压器中性点经小电阻接地的零序保护，与中性点不接地系统在电流幅值及相位上有一定的改变。但电容电流的分布与流向与中性点不接地系统相同。因此，其整定计算原则应与中性点不接地系统的整定原则相似，需考虑躲过外部短路时本侧的电容电流和CT的不平衡电流。由于接地电阻的存在，不应该认为由于中性点经小电阻接地系统提高了接地电流，任意取其电流的百分之几就可以保证灵敏度。同时所以中性点经小电阻接地保护应在保证可靠性的基础上尽快作用于跳闸，来避免接地故障发展为相间故障。参考文献：1 高春如大型发电机

15、组继电保护整定计算与运行技术，The calculating settings of rely protection and performance technic for large generator and transformer中国电力出版社 2006年第一版 2 范迎青，高文逸610 kV电网中性点经中电阻接地的单相接地保护The Protection of Single-phase Earth Fault in 610 kV Power System Grounding with Medium ResistanceJ电力自动化设备，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