中压配电变压器低压侧单相接地保护浅析.pdf

中压配 电变压器低压侧单相接地保护浅析 杨旭 东(中国石 油集团工程设计 有限责任公 司北京分公 司，北京市 1 0 0 0 8 5)Pr e l i mi n a r y Di s c u s s i o n o n Lo w-v o l t a g e S i de S i n g l e p h a s e Ea r t h i n g Pr o t e c t i o n o f M e d i u m v o l t a g e Di s t r i b u t i o n Tr a ns f o r me r Y a n g X u d o n g(B e i j i n g B r a n c h o f C h i n a P e t r o l e u m E n g i n e e ri n g C o ，L t d ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 5，C h i n a)Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e u n d e r s t a n d i n g o f D e s i g n C o 扣T R e l a y i n g P r o t e c t i o n a n d A u t o m a t i c D e v i c e o f E l e c t r i c P o w e r ，f z o n a n d d e s i g n p r a c t i c e，t h r o u g h c a l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s o f t h e l o w-v o l t a g e s i d e s i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n o f t h e 61 0 kV d i s t r i b u t i o n t r a n s f o r me r i t i s s u g g e s t e d t h a t wh e n D，y n l 1 t r a n s f o r me r u t i l i z e s h i g h v o l t a g e s i de o v e r-c u r r e n t p r o t e c t i o n c o n c u r r e n t l y a s l o w v o l t a g e s i d e s i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n，t h e s e n s i t i v i t y c o e ff i c i e n t c a n n o r ma l l y me e t s t h e r e q u i r e me n t；b u t wh e n Y，y n 0 t r a n s f o rm e r u t i l i z e s h i g h v o l t a g e s i d e o v e r c u rre n t p r o t e c t i o n c o n c u rre n t l y a s l o w-v o l t a g e s i d e s i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n a n d t h e s e n s i t i v i t y e o e mc i e n t c a nn o t me e t t h e r e q u i r e me n t z e r o s e q u e n c e c u rre n t p r o t e c t i o n o n t h e n e u t r a l l i n e o f l o w v o l t a g e s i d e s h a l l b e a d o p t e d a s t h e s i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n Ke y wor d s S i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n Mi n i mu m s e n s i t i v i t y c o e f fic i e n t Ov e r l o a d c o e f fic i e n t Ma x i mu m c o mp r e h e n s i v e c o e ffi c i e n t Ci r c u i t b r e a k e r f o r t o t a l o u t g o i n g l i n e 摘 要 根 据对 电力装置 的继 电保护和 自动装 置设计规 范的理解和设计 实践，通过对 6 1 0k V配 电变压器低压侧单 相接 地保 护的计 算和分析，提 出：Dv n l l 变压器利用高压侧过 电流保护兼作低压侧单相 接 地保护 时，灵敏 系数 一般 均 能满足要 求；而对 于 Yv n 0变压器，当利用高压侧过 电流保护兼作低压侧 单相接地保护灵敏 系数不满足要求时，应采用在低压侧 中性线上的零序电流保护作单相接地保护。关键 词 单相接地保 护 最小灵敏 系数过 负荷 系数最大综合 系数 总 出线断路 器 1 前 言 目前，在 6 1 0 k V电压等级 中，绕组采用 D，y n l 1 和采用 Y，y n 0连接方式 的配电变压器最 为常见。众 所 周知，由 于配 电变压 器绕组 采用 D，y n l 1 连 接较 之 采用 Y，y n 0连接 具 有 明显 优点，抑制 了 3次谐 波，降低 了零序阻抗，更有利于低压侧提高断路器 的 单相短路 电流动作 的灵敏度，使之在近几年 的工程设 计 中被广泛选用。根据经验，利用高压侧过 电流保护 兼作 低压侧 单 相接地 保 护，对 绕组 为 D，y n l 1连接 的变压 器(以下简称 为 D，y n l 1 变 压器)，其灵 敏 系 数均能满 足要求；而绕组为 Y，y n 0连接的变压器(以 下简称为 Y，y n 0变压 器)，其 灵敏 系 数 既有 满足 要 求 的，也 有不 满足 要求 的。现行 国家标 准 电力 装 置 的继 电保 护 和 自动装 置设 计规 范(G B 5 0 0 6 2 9 2)中第 4 0 1 l 条和 4 0 1 2条分别 对 Y，y n 0和 D，y n l 1变压 器作 出了不 同 的规定。笔者 将 通过 计 算来分 析这一 问题，并对 Y，y n 0变压器单 相接地保 护作简要论述。2用高压 侧过 电流保 护 兼作低 压侧 单相 接 地保护 2 1 过电流保 护最大整定 电流 的计算 保护装置的整定电流：dz j=K k 式 中：K 可 靠 系数，对 D L型继 电 器取 1 2，对 G L型继 电器取 1 3：K 接线 系数，接 于相 电流 时取 l，接 于 相 电流差时取、3这里取 1；变压器 的过负荷 系数；，1，变压器一次侧 的额定 电流，A；继 电器返 回系数，取 0 8 5；中压配 电变压 器低压侧单相接地保护浅析(耪旭东 1 7 建 箍电乞 -_l_ BU k DI G 21 3139 年第3 期l EL 嚣 TRI C|1 8 电流互感 器变 比。保护装置 的一次动作 电流：l d z=I N T(1 d z j+1、X 11,L K j l d z j x n L f K jx n L x K k f Kh+n L (2)这里，I N T()函数 表示对 取整。所 以，保 护 装 置 的一 次 动 作 电流 的最 大 值 公 式 为：m =，l r Kh+n =K c X，I r+(3)式 中：K c 最大综合系数，K =K k K 。用计算方法确定 时，应考虑变压器最严重情 况下 的过负荷。具体情况如下：a 单独运行的变压器，当电网无 自动装置时：(4)式 中：t q 最大 电动机的启动 电流，A；，一 以外其 它负荷 额定 电流的 总 和，A；，2 变压器二次侧 的额定 电流，A。根据运行经验，取 3 4，此时，可不考虑 和 K h的影响。b 单独 运行 的变压 器，当 电网有 自动重 合 闸 时：萄 枷 2【J 式 中：u 变 压 器 的 阻抗 电压。取 值 为 4 S，变压器额定容量，k V A；S。自启 动 的全 部 电 动机 的总 容量，c 单独运行 的变压器，当二次侧母线 分段(母 联)断路器有备用 电源 自投装置时：，2，f+K g h (6)式 中：本 段母 线 的最 大 负荷 电 流，A；K 可按式(5)进行计算。在 以上 b和 c两 种 情 况 下，一 般 取 K 值 为 1 5 2 5 。d 并列运行 的变压器，应考虑另一 台变压器检 修或并列工作制被破坏后的过负荷。这种情况属于变压器事故过负荷，一般应 由过负 荷保护动作于跳 闸或断开部分负荷。因此，过负荷系 数 不会太大，但 由于 目前没有经验 数据，这里取 3。综上所述，各种系数取值见表 1。表 l 不同情况下各系数取值 T a b 1 Va l u e s f o r c o e m c i e n t s i n d i f f e r e n t c o n d i t i o n s Kk Kg h Kc 第 a种情况 l l 34 4 第 b种情况 0 8 5 1 2 或 1 3 1 52 5 3 8 第 c种情况 第 d种情况 O 8 5 1 2 或 1 3 3 4 6 可 见 最 大 综合 系数 K 的值 为 4 6，代 人(3)式 中得保 护装 置 一次 动 作 电流 最大值 公 式：一=4 6，l f+n (7)2 2低压侧 单相接地保护最小 灵敏 系数的计算 保护装置的灵敏 系数：z I2 强1 m I dz：(8)3 n 式中：，2 1 最小运i J T y T，变压器低压侧 母线或母干线末端 单相接 地短路 时，流过 高压 侧(保 护安装 处)的稳态电流，A：1 2 2 1 最小运行方式下，变压器低压侧 母线或母干线末端单相接地稳态 短路 电流，A：n 变压器变 比。把(7)式代入(8)式中得：Km mi n-杀 21 2 2 k 1，n n =：3(4 6，l r f+n L)x 7,r 21 2 2 k 1 m 3(3 l+J n(9)式中：变压 器的一 次额定 电压，k V。当 n =6 0 4 k V时，代人(9)式得：Km =(1 0)1 99 2 +4 5 n L 、。当 n =1 0 0 4 k V时，代入(9)式得：K (1 1)一 1 99 2S +7 5 n L 现 以 S。变压器为例，用式(1 0)和(1 1)进行计 算，对 于 D，y n l 1 变压 器而言，计算方法 与 Y，y n O 变压器相 同，只是公式 的取值 不 同，这里不 再赘述。其 中，2 2 1 i 取 工业 与 民用 配 电设计 手 册 第三 版表 42 8、42 9中的 4 0 0l 6 0 0 k V A变压 器的 单 相 短 路 电 流 值 ，计 算 结 果 见 表 2(表 中 只 按 D，y n l 1 和 Y，y n 0变压器给 出了一组灵敏系数值)。从 表 中 可 以看 出：只 有 l 0 0 0 k V A、1 2 5 0k V A 和 1 6 0 0 k V A这 三个 容量 等级 的变 压器 在表 中所 给 出 的最 小 短路 容 量 时灵 敏 系数 略低 于 1 5。这 种 特殊 情况 通 常是 变压 器 远离 高 压配 电装 置 且过 负荷 系 数很大时才会出现。实际上，这种情况是很少见的。即使 出现 了这种情况，为 了节省 电缆而省去低压侧 的 零 序电流保 护，对 低压侧 单相接地短路保 护的灵敏系 数可 以适 当降低 E 3 ，但 不低于 1 2 5。所 以，笔者 认 为，利用高压侧过 电流保护兼作低 压侧单相接地保护，D，y n l 1 变压器的灵敏系数均能满足要求。虽 然 表 2是 对 S。变 压 器 的 计算 结 果，但 由于 D，y n l 1 变压器 的零序 阻抗均近似等于正序阻抗。因 此，这一计算结果具有普遍意义。同时，我们也可 以 看 出，高压侧 短路 容量 的大小 对 Y，y n 0变压器 的灵 表 2用高压侧过 电流保护兼作低压侧 单相接地保护 的最小灵敏系数 T a b 2 r h e mi n i mu m s e n s i t i v i t y c o e ffic i e n t f o r o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n o n h i g h v o l t a g e s i d e c o n c u r r e n t l y a s s i n g l e p h a s e e a r t h i n g p r o t e c t i o n o n l o w v o l t a g e s i d e Io 8 i 善 1 08 0(I 善 1：5 1 6 a 0 变 压 器 容 量(k V A)W 餮 变压器阻抗电压)I 4 参 孽 蓦 腮 挫 一 3 x,(6 3 3，(8 0蓐 )3 x f S 0X 8 3(1 x g 塞x f 冀1 0)x 2 0 ox 妻 r 2 2 5 lx 魏t,t a t t t,mI n 瓤 坪 U X 瓣0 +6 3 3 +80 ，3 l0)1 8 O，+8 01 0 一 誊 -零 蠢 一 m 比 高压 懊 5 0 I 5 7 5 7 1 1 0 0 1 5 1 0(1 5 l 5 O 1 0 0 1 5 S O 5 l 5 0 5 2 0 0 5 羹 0，5 2 0 ，5 鍪 ，5 3 自 5 短路容蛩(瓤 V 茂 嚣 D，y n l 1 1 7 4 1 6 8 1 5 3 1 51 1 0 Y，y n0 0 6 7 0 6 5 0 6 4 0 58 D，y nl 1 2 0 4 1 9 8 1 9 6 1 9 2 1 7 4 1 6 8 1 5 3 1 51 1 3 8 I 3 5 2 0 Y，y n0 O 7 2 0 7 0 0 7 0 0 6 9 0 6 7 0 6 5 O 6 6 0 64 O 5 7 O 5 6 D v n1 1 2 3 7 2 2 6 2 1 6 2 1 2 1 8 8 1 81 1 7 5 1 7 O 1 5 8 1 5 5 1 4 8 1 4 6 1 3 2 1 2 8 3 0 Y y n0 0 7 4 0 7 2 0 7 2 O 7 O 0 7 0 O 6 8 O 6 8 O 6 7 O 6 0 O 5 9 O 5 9 O 5 8 O 5 6 0 5 4 D，y nl 1 2 5 2 2 4 8 2 4 0 2 3 3 2 0 5 2 O1 1 9 8 1 9 2 1 8 2 1 7 8 1 7 0 1 6 4 1 5 3 1 5 O 5 0 Y，y n0 0 7 6 0 7 4 0 7 4 0 7 2 O 7 2 0 7 0 0 71 O 6 9 0 6 3 0 62 O 6 2 O 61 O 5 9 O 5 8 D，y nl 1 2 5 9 2 5 1 2 4 5 2 4 0 2 1 5 2 0 9 2 0 6 2 O 2 1 9 3 1 8 9 1 8 3 1 7 9 1 6 5 1 6 0 7 5 Y，y n0 0 7 6 0 7 4 O 7 5 0 7 3 0 7 3 O 7 1 O 73 0 7 0 0 6 4 O 6 3 0 64 O 6 3 0 6 l 0 5 9 D，y nl 1 2 6 2 2 5 5 2 51 2 4 6 2 1 5 2 0 8 2 0 6 2 o o 1 9 3 1 8 8 1 8 3 1 8 O 1 6 8 1 6 3 l o o Y y n0 0 7 7 0 7 5 O 7 5 0 7 4 0 74 O 7 2 O 7 3 O 7 2 O 6 5 0 6 4 0 6 4 0 6 3 0 6 2 0 61 D，y nl 1 2 6 7 2 6 2 2 5 9 2 5 3 2 22 2 1 6 2 1 5 2 1 0 2 O3 1 9 8 1 9 5 1 9 2 1 8 2 1 7 7 2 0 0 Y，y n0 O 7 7 0 7 5 O 7 6 0 7 4 0 7 4 O 7 2 0 7 4 0 7 2 0 66 0 6 5 0 64 0 6 4 0 6 4 O 6 2 D，y nl 1 2 7 9 2 71 2 6 8 2 6 5 2 3 0 2 2 6 2 2l 2 1 2 2 o 6 2 0 3 2 0 o 1 9 7 1 8 8 1 8 2 3 0 o Y，y n0 O 7 7 0 7 5 0 7 6 0 7 5 0 7 5 O 7 3 O 7 5 O 7 3 0 6 7 O 6 5 O 6 6 0 6 5 0 6 5 O 6 3 D，y nl 2 8 3 2 7 2 2 6 1 2 5 7 2 3 2 2 2 3 2 2 7 2 2 1 2 1 6 2 1 2 2 1 O 2 0 5 1 9 8 1 9 3 Y y n0 0 7 8 O 7 6 0 7 7 0 75 0 7 5 0 7 3 O 7 5 0 7 3 0 7 2 0 7l O 6 7 0 6 6 0 6 6 0 64 中压配 电变压器低压侧单相接地保护浅析(栖旭东 1 9 建 电丢d _一I BU l Lp NG 2口口9 年第3期 I EL E TRi I T 敏系数影 响很小。3 Y，y n 0变压器用低压 中性线上的零序 电 流保护作单相接地保护 当利用高压侧过电流保护兼作低压侧单相接地保 护的灵敏 系数不满足要求时，可采用低压侧 中性线上 的零序电流保护。保护装置 的动作电流按躲过正 常运 行时变压 器中性线上流过的最大不平衡电流(不超过 额定 电流 的 2 5)来整 定。若低 压分 支线上装 设零 序 电流保护，还须与之相配合。由于 Y，y n 0变压器 低压侧短路电流 比其 2 5 的额定电流大得多，因此，灵敏系数均能满足要求。4 Yy n 0变压器 利用接 于低压 的三相 电流 保护作单相接地保护 利用变 压器低 压侧 总出线 断路 器上 的过 电流保 护 分以下三种情况：a 若用它 的瞬时过电流保 护作单相接 地保护，由于其整定值较大，灵敏系数肯定不能满足要求。b 若用它 的短延时过 电流保护，其灵敏系数是 否满足要 求主要取决于短延时过 电流脱扣器的整定倍 数(即整定 电流 与其额 定 电流 的比，通 常为 3 1 0)，整定倍数越小，灵敏系数越大，反之越小。以 S 变压 器 为例，按高 压侧 短路 容量 为无穷 大 时的短 路值 计算，其结果 只有在整定倍数 为 3 时，才有少数情况 灵敏 系数满 足要 求(不小于 1 5)，整定倍 数大 于 3 时，均不满足要求。C 若用它 的长延时过 电流保护，虽然单相接地 保护 的灵敏系数能够满足要求，但 因长延时过电流脱 扣器是反时限特性且不可调，因此无法确定时限。利用低 压 总出线 断路器 上 的过 电流保护，若 单 相接 地故 障发生 在变压 器与总 出线 断路 器之 间，则 因故障电流不通过断路器而使其无法动作，从而出 现死 区。所 以，笔者认 为，利用 低压 总 出线 断路 器 上 的三相 电流保 护作低 压侧单 相接地 保护不 合适。此外，利用变压器低压侧 总出线上 的三个电流互 感器接成三相星形，在其公用线上 串接 G L型过电流 继 电器构成零序 电流保 护，可 以实现单相接地保 护。但 由于这 三个 电流互感 器是用 于测量 的，而测量 仪 表 不宜 与保 护共 用 电流互感器，所 以，此方 法 不推 荐使用。5结论 a 4 0 0 k V A及以上一次 电压为 61 0 k V的变 压器，当绕组 为 D，y n l 1 连接 时，可利 用高压侧过 电流保护兼作低压侧单相 接地保护，灵敏系数均能满 足要求。b 变压器绕组为 Y，y n 0连接 时，利用 高压 侧 过 电流保 护，其 灵敏系 数大小 主要取决 于变压器 的 零 序阻抗 和其过 负荷 系数。而高压侧 短路容 量的 大 小对其影响很小，甚至可以忽略(系统阻抗)不计。c 对 Y，y n 0变压器，当利用 高压侧 过 电流保 护兼作 低压侧单 相接地 保护 的灵敏 系数不满 足要 求 时，应采用低压侧中性线上的零序电流保护，而不宜 采用低压侧三相电流保护。l 中国航空工业规划设计研究院组编工业与民用 配电设计 手册 第 三版北 京：中国 电力出版 社，2 0 0 5：1 6 4 1 6 7 2 水利 电力部 西北 电力设计 院工业 企业继 电保护 北京：水利电力出版社，1 9 8 5：1 8 0，1 8 1 3能源部西北 电力设 计 院 电力工 程电气 设计手册(第 2册)第二版北京：水利 电力 出版社，1 9 9 0：6 9 1 2 0 0 8 0 6 0 3来稿 2 0 0 90 20 4修 回 生 卷 定 价(元 册)盎 卷 定 价(元 册)1 9 9 9 l 8 2 0 0 O 2 0 0 4 2 3 3 8 0 0 2 0 0 0 1 9 2 6 O O 2 0 0 5 2 4 3 8 O O 2 0 01 2 0 2 6 O O 2 0 0 6 2 5 5 8 0 O 2 0 0 2 2l 2 6 0 O 2 o o 7 2 6 l 2 O O H0 2 0 0 3 2 2 3 8 0 O 2 0 08 2 7 l 2 0 O O