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6KV不接地系统不同位置单相接地故障分析及保护配置方法
来源:[中国机电一体化技术应用协会工程技术发展中心] | 发布时间:2020-07-21 18:54:32

6KV不接地系统不同位置单相接地故障分析及保护配置方法

吴宏伟       赵华辰

(中国石油兰州石化公司电仪事业部  730060 兰州)

【摘要】: 对于6KV中性点不接地系统,当发生单相接地故障时,快速判断并切断故障部分十分重要,本文通过对系统不同位置发生单向接地故障时的电压、电流变化进行分析,得出故障判定方案。

【关键字】:单相接地  电容电流  保护配置

 

0 引言

     6KV中性点不接地系统发生单相接地短路时,故障点电流很小,三相之间的线电压仍然保持对称,对负荷的供电没有影响,因此保护装置不必立即动作断开断路器,可以持续运行1-2小时。但在单相接地以后,其它两相对地电压要升高√3倍。可能造成绝缘薄弱处击穿,为了防止故障进一步扩大,应尽快判定故障回路并迅速切除。

在系统不同位置发生单相接地往往难以判断,需要对系统不同位置发生接地故障时电压、电流变化进行分析,得出合理的保护配置方法。

1 中性点不接地系统单相接地故障分析

   1.1电压分析

正常情况下,中性点不接地系统三相电压对称,中性点对地电压为零。当发生接地故障时,故障相对地电压变为零,其他两相对地电压升高√3倍,且产生零序电压。

image.png

系统正常运行时,电压向量图如图1。当C相发生单相接时,电压向量图如图2,此时:

Uc=0

Ub=Ubc

Ua’=Uca

故障点零序电压为:

U0=( Ua+Ub+Uc)/3=(Ubc+Uca)/3=Ua

所以,当6KV系统任意位置发生单相接地时,系统故障相对地电压为零,非故障相对地电压升高至系统线电压(6KV),零序电压大小等于系统正常运行时相电压(3.46KV)。

 

1.2电流分析

    在单相接地时,由于三相中的负荷电流仍然对称,所以只需分析电容电流变化产生的零序电流。

1)变压器6KV侧至6KV进线开关上侧发生单相接地时


image.png

 

如图所示系统,当6KV进线 C相在D点发生单相接地故障时(设负荷指向电源为正方向,下同): 

  ① 6KV进线零序电流互感器(CT0)电流为:

I=(-Ia)+(-Ib)+Ic

其中:Ia= I1a+I2a+I3a+I4a

                            Ib= I1b+I2b+I3b+I4b

Ic= 0

所以:I=0-(I1a+I2a+I3a+I4a)-(I1b+I2b+I3b+I4b)

=-(I1a+I2a+I3a+I4a+I1b+I2b+I3b+I4b)

② 负荷零序电流互感器(CT01CT02、CT03)电流为:

      I01= (-I1a)+(-I1b)=-(I1a+I1b)

I02= (-I2a)+(-I2b)=-(I2a+I2b)

I03= (-I3a)+(-I3b)=-(I3a+I3b)

③ 结论:

a.6KV进线零序电流为整个系统非故障线路电容电流之和,方向为电源侧流向负荷侧。

b.负荷回路零序电流大小等于其本身的对地电容电流(很小),方向为电源侧流向负荷侧。

2)6KV母线发生单相接地时

 

image.png


        如图所示系统,当6KV母线C相在D点发生单相接地故障时:

① 6KV进线零序电流互感器(CT0)电流为:

              I=(-Ia)+(-Ib)+Ic

其中:Ia= I1a+I2a+I3a+I4a

                            Ib= I1b+I2b+I3b+I4b

Ic= I1c=I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5a+I5b

所以:I=(I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5a+I5b)-(I1a+I2a+I3a+I4a)

-(I1b+I2b+I3b+I4b)=I5a+I5b≈0

② 负荷回路零序电流互感器(CT01CT02、CT03)电流为:

      I01= (-I1a)+(-I1b)=-(I1a+I1b)

I02= (-I2a)+(-I2b)=-(I2a+I2b)

I03= (-I3a)+(-I3b)=-(I3a+I3b)

③ 结论:

a.6KV进线三相电容电流相互抵消,零序电流为0。

b.负荷回路零序电流大小等于其本身的对地电容电流(很小),方向为电源侧流向负荷侧。

 

3)负荷侧发生单相接地时(下级6KV变电所进线视为上级6KV变电所馈线)。

     

image.png

 如图所示系统,当“负荷1” C相在D点发生单相接地故障时:

① 6KV进线零序电流互感器(CT0)电流为:

             I=(-Ia)+(-Ib)+Ic

其中:Ia= I1a+I2a+I3a+I4a

       Ib= I1b+I2b+I3b+I4b

Ic= I1c=I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5a+I5b

所以:I=(I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5a+I5b)-(I1a+I2a+I3a+I4a)

-(I1b+I2b+I3b+I4b)=I5a+I5b≈0

② 故障回路零序电流互感器(CT01)电流为:

      I01= (-I1a)+(-I1b)+I1c

其中:I1c= I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5b

        所以:I01= I1c=I1a+I1b+I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5b-I1a-I1b

=I2a+I2b+I3a+I3b+I4a+I4b+I5b 

③ 非故障回路零序电流互感器(CT02、CT03)电流为:

I02= (-I2a)+(-I2b)=-(I2a+I2b)

I03= (-I3a)+(-I3b)=-(I3a+I3b)

④ 结论:

a.6KV进线三相电容电流相互抵消,零序电流为0。

b.故障回路零序电流为整个系统非故障线路电容电流之和,方向为负荷侧流向电源侧。

c.非故障回路零序电流大小等于其本身的对地电容电流(很小),方向为电源侧流向负荷侧。

 

2 中性点不接地系统单向接地保护配置方式

2.1 6KV变压器6KV侧至6KV进线开关上侧发生单相接地

      6KV变压器6KV侧至6KV进线开关上侧发生单相接地时6KV进线零序电流大小为全系统非故障线路对地电容电流和,为保证可靠性,零序电流按0.8倍全系统电容电流值设定。

保护装置

测量参数

测量装置

定值

动作方式

变压器低后备综保装置

零序电流

进线零序CT测量零序电流,或进线三相CT通过综保合成零序电流。

0.8ΣIc

报警

零序电压

母线PT

≥30V

      

      

2.2 6KV母线发生单相接地

    6KV母线为高压柜内封闭式结构,发生单相接地可能性极低。母线接地的特点是有零序电压,进线和出现均没有明显的零序电流。可将零序电压保护设置为接地保护报警,同时选线装置未选出接地回路(出线无零序电流)且变压器6KV出线接地报警未动作,则判定为6KV母线接地。

保护装置

测量参数

测量装置

定值

动作方式

6KV进线综保装置

零序电压

母线PT

≥30V

AND   接地选线未动作

AND   变压器出线接地报警未动作

报警

 

2.3 负荷侧发生单相接地

负荷侧发生单相接地时,非故障线路上的零序电流为其本身的电容电流,为了保证动作的选择性,零序电流按1.2倍系统最大回路电容电流值设定。

保护装置

测量参数

测量装置

定值

动作方式

接地选线装置

零序电流

零序CT

≥1.2Icmax

报警

零序电压

母线PT

≥30V

 

3 结束语:

    通过上文分析,针对保护配置,可进行以下调整:

1.在变压器低后备保护中,增设变压器6KV出线接地报警。

2.在6KV进线保护中,增设6KV母线接地报警。

3.统一接地选线装置中零序电流定值,设置为1.2倍系统最大回路电容电流值。

附录

摘要参考:2017年4月兰州石化公司35KV石化变电站主变压器6KV出线到6KV进线开关之间的母线发生单相接地,已有的保护配置难以迅速判断接地故障发生及接地位置,通过本文叙述的方式配置继电保护,可迅速判断故障位置。


 
 
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