传统阶段式定时限零序过流保护受运行方式影响大、选择性配合困难,同时因对高阻接地故障有灵敏度的强制要求导致过流定值必须整定得很小,其特点是灵敏性高、选择性较低,存在单一故障导致大范围多条线路无序跳闸的风险。定时限零序过流保护段数越多,越有利于改善选择性,当段数无穷多时就成为零序反时限保护。反时限保护具有“电流越大、跳闸越快”的特点,在多数情况下故障线路与非故障线路之间呈现天然的配合特性,相比定时限零序过流保护,其性能更加优越,是替代定时限零序过流保护的较为理想的选择。
1配电变压器保护
变压器保护主要有防御变压器绕组和引线的多相短路、中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路以及绕组匝间短路的纵差动保护或电流速断保护;防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵差动保护或电流速断保护后备的过电流保护;防御过负荷的过负荷保护;防御变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护;防御中性点直接接地电网中外部接地短路的零序电流保护。
2与接地距离保护的配合原则
零序电流保护作为接地距离保护的补充,仅用于切除高电阻接地故障,即接地故障优先由接地距离保护切除,仅当接地距离保护失效时,才由零序电流保护切除故障。接地距离保护是按照金属性接地故障整定的,对于经过渡电阻接地的故障耐受能力有限。在给定运行方式和故障点时,接地距离保护能可靠切除故障的最大接地电阻称为接地距离保护的极限耐受过渡电阻,记为Rj,对应流入保护装置的3I0称为接地距离保护的最小耐受零序电流。在转折电流及以下区间,反时限零序过流保护呈现反时限特性,具有较好的选择性,当接地距离保护失效时可依靠反时限零序过流保护切除故障;在转折电流以上区间,反时限零序过流保护呈现定时限特性,选择性较差,因此期望此区间的故障全部依靠接地距离保护切除故障。总而言之,应使接地距离Ⅲ段保护的最小耐受零序电流小于转折电流,才能实现接地距离保护和反时限零序过流保护的合理分工和衔接,有利于全域电流范围内接地故障的选择性切除。
3单相接地故障
单相接地故障的故障电流随配电系统中性点接地方式不同有很大差别。配电变压器低压侧中性点不接地以及经大电阻或消弧线圈接地的配电系统,发生单相接地故障后,由于没有形成回路,接地故障电流为对地电容电流一般比较小,可继续运行一定时间,但应有报警,以便及时查找故障。配电变压器低压侧中性点直接接地的配电系统发生单相接地故障后,接地相经过大地与电源中性点形成回路,故障电流为短路电流就比较大,继电保护应可靠、迅速而有选择性将故障切除。由此可见,中性点直接接地系统发生单相接地故障时,对系统和电气设备的影响较大,应予以高度重视。(1)低压系统影响。对于中性点直接接地的低压系统来说,单相接地电流较大,尤其对于零序阻抗小于正负序阻抗的系统来说,单相接地故障电流将大于三相短路电流,所以低压系统要设置完善的接地故障保护系统。(2)高压系统影响。当变压器低压侧发生单相接地故障时,低压系统短路电流由正序电流,负序电流和零序电流组成。由于变压器高压侧是角型接线,零序电流不能流经变压器的高压侧,变压器高低压侧的电流向量由向量图可知,变压器低压侧发生单相短路故障时,低压侧的电流为正序相电流的3倍,反应到高压侧的故障是两相短路,短路电流大小为低压侧短路电流折算到高压侧后的1/√3。
4接地变压器整定要点分析
4.1保护装置滤零功能
接地变压器相间保护应采取软件滤除零序分量的措施,防止接地故障时保护误动作。接地变压器容量一般较小,电流速断保护及过电流保护定值也较小,当集电线路发生单相接地时,接地变压器三相电流均为故障零序电流,若装置相间保护没有滤零功能且故障零序电流大于相间保护定值,则接地变压器保护误动,整个35kV系统被切除。故在整定保护前应确认并要求装置具备滤零功能以防止接地时相间保护的误动作。对于没有滤零功能且不具备升级改造条件的装置,整定时必须提高相关电流值,确保其能可靠躲过单相接地时的零序电流,若相间保护不能兼顾灵敏度要求和躲过区外故障零序电流,则只能依靠时限进行配合,避免接地变压器误动作。
4.2接地保护延时考虑两条线路相继故障
接地保护时限应考虑躲过两条线路相继发生单相接地故障。记单条线路发生接地的时刻为0,线路接地保护最长动作时间为t0II,即第一条线路动作的时刻为t0II,相继接地时按最不利情况即第一条线路动作前0.1s发生第二条线路接地,第二条线路动作的时刻为2t0II-0.1s,若接地变压器零序电流一时限不能躲过第二条线路接地动作的延时,则会造成接地变压器先于汇集线路接地保护动作,切除整条母线,扩大事故。为此,接地变压器接地主保护零序电流I段保护时限需比后一条线路切除故障的时间至少多一个时间级差,即2t0II+Δt-0.1s。
4.3接地变压器形式的保护死区问题
经接地变压器接于汇集母线的接线方式可能存在单相故障保护死区问题。主变低压侧单相接地故障序电流流向如图3所示。当K点发生单相接地时,短路电流序分量的流通途径为:正序电流由系统电源S点流至K点,负序电流由K点流至电源S点,零序电流由K点流向主变低压侧中性点接地N点。主变低压侧CT通常装设在主变与断路器之间,各元件保护动作情况与K点和CT的前后位置有关。
5零序保护整定方法
5.1定时限过流保护
常规保护整定中,一般低压进线会采用通过相电流内部合成零序电流来完成零序电流保护,变压器中性点零序保护需要与低压进线保护相配合。由于低压进线零序保护要躲过低压不平衡负荷电流,整定值较大,但是变压器中性点零序CT检测不到负荷不平衡电流,整定值可以不考虑与低压进线配合,但是保护整定跳闸时间需要考虑配合,以防低压母线处发生接地故障时,变压器中性点零序保护先于低压进线保护跳闸变压器高压侧断路器,造成变压器不必要的停机。
5.2反时限过流保护
反时限过流保护指由于短路点不同,短路电流不同,保护具有不同的动作时限,在线路靠近电源端短路电流较大,动作时间较短的保护。反时限过流保护的优点是在线路靠近电源处短路时保护动作时限较短,缺点是时限配合较复杂,手算很难获得满意的配合,需要借助计算软件来完成,使用电气计算软件ETAP可以完成反时限的保护配合。
结束语
在工程项目中,根据低压负荷的重要性及系统短路电流情况,在高压侧过流保护不能够有效的保护变压器低压侧套管时,在配电变压器中性点设零序电流互感器及中性点零序电流保护,并与低压系统出线、母联和进线接地故障保护相配合。
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