10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算.pdf

《10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、文章编号:10072290X(1999)062001020410 kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算李志平(广东电力设计研究院,广东 广州510600)摘 要:介绍了10 kV小电阻接地系统的特点,采用对称分量法对单相接地故障进行了序网分析,在给定的初始参数条件下,提出了小电阻接地系统参数的一些特点,并作了分析计算,得出单相接地故障时系统线电压仍维持平衡的结论。最后对有关接地设备的选择给出了计算方法。关键词:中性点小电阻接地;对称分量法;短路计算中图分类号:TM862 文献标识码:AParametric attributes of 10 kV power system grounded

2、by small resistanceand its short2circuit calculationLI Zhi2ping(Guangdong Electric Power Design Institute,Guangzhou 510600,China)Abstract:The features of 10 kV distribution system grounded by small resistance are described in this paper.The sequential network analy2sis of single2phase earth fault is

3、 conducted using the symmetrical component method.Given initial parameters,some parametric attributes ofsuch system are presented along with analytical computation.It draws a conclusion that the line voltage of the system remains balanced inspite of single2phase ground faults.The computing method fo

4、r selecting relevant grounding apparatus is proposed at last.Key words:neutral grounding by small resistance;symmetrical component method;short circuit calculation收稿日期:1999204223 中性点经小电阻接地的配电系统在城市电网中已越来越广泛地被采用。部分城市电网主要以电缆作为送电线路,且使用紧凑型的全封闭式的开关设备及氧化锌避雷器,有些城市使用了不少耐压标准较低的电缆。这样的系统有几个特点:a)系统电容电流较大,通常超过50

5、A,单相接地故障后会产生较高的内部过电压;b)单相接地故障概率比架空出线少得多;c)设备不允许在单相接地后约3倍的工频过电压下再连续运行。这样要求当系统发生单相接地后应立即切除故障线路,采用小电阻接地有利于继电保护装置可靠迅速地检测并切除故障回路,小电阻接地还可改善系统参数减少接地故障时的内部过电压值。小电阻接地系统的分析计算在有关手册及参考书中均未做深入的研究,本文尝试在这方面进行一些分析探讨。1 单相接地故障的对称分量法计算对电力系统的不对称故障的计算,通常采用对称分量法,单相接地故障时简化计算过程如下:L1相接地时,其各序的网络方程如下:EL1-IL11Z1=UL11;-IL12Z2=U

6、L12;-I0Z0=U0.由单相接地故障的边界条件可得:IL11=IL12=I0=13IL1UL11+UL12+U0=0据此可得到复合序网图,如图1所示。根据序网图可求得:IL11=IL12=I0=EL1Z1+Z2+Z0,通常Z1=Z2,第12卷 第6期广 东 电 力Vol112No.61999年12月GUANGDONG ELECTRIC POWERDec11999 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.图210 kV小电阻接地系统接线图图3 各序网等效电路(L1相接地)图1 单相接地故障的复合

7、序网所以 IL11=EL12 Z1+Z0,IL1=3 EL12 Z1+Z0.对非故障相L2相可得下列序网络方程:EL2-IL21Z1=UL21;-IL22Z2=UL22;-I0Z0=U0.可得L2相电压:UL2=UL21+UL22+U0=EL21-Z0-Z12 Z1+Z0EL1.同样方法可得L3相电压:UL3=EL3-Z0-Z12Z1+Z0EL1.210 kV小电阻接地系统的参数分析211 系统接线及组成10 kV小电阻接地系统组成如图2。组成部分有:作为电源的降压变压器,曲折接地变压器,中性点接地电阻,10 kV母线,10 kV馈电线路等。212 曲折接地变压器的参数特点 曲折接线方式如图2

8、所示。当加入三相正、负序电流时,接地变压器的每一铁心柱上的磁势是该铁心柱上分属不同相的两绕组磁势的相量和。三个铁心柱上的磁势是一组三相平衡量,相位差120,产生的磁通可在三个铁心柱上互相形成回路,磁路磁阻小,磁通量大,感应电势大,呈现很大的激磁阻抗。当对接地变压器加入三相零序电流时,每个铁心柱上的两个绕组产生的磁势由于大小相等,方向相反,合成磁势为零。铁心柱上没有主磁通,零序磁通只能经过铁心和周围的介质形成闭合回路,磁路磁阻大,因而磁通量小,感应电势小,呈现的零序等效阻抗也小。因此接地变压器具有正负序阻抗大而零序阻抗小的特点。213 单相接地故障时阻抗参数特点L1相接地时,各序网等效电路如图3

9、。正序电路中XK为主变压器短路电抗加上限流电抗器的阻抗值,RL1+j XL1是故障线路的正序阻抗。在正序电路中忽略了变压器及接地变压器的激磁阻抗,系统对地电容及负载阻抗。零序电路中Rg0、Xg0为接地变的零序参数,3 RN为3倍中性点电阻值,X为系统的一相对地11 第6期李志平:10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.电容容抗值,R0、X0为故障线路的零序阻抗参数。从等效电路可得各序的综合阻抗:Z1=Z2=R1+j(XK+X1),Z0=R0+j X0+

10、ZN(-j X)ZN-j X,其中 ZN=Rg0+3 RN+j Xg0由于目前小电阻接地方式主要应用于以电缆出线为主的城市配电网,下面以一典型的城市配电网为例,分析单相接地故障时正序零序综合阻抗之间关系特点。某一个城市10 kV配电系统参数如下:主变压器:SN=50 MVA,U1N/U2N=110 kV/11 kV,UK=1610%,则其10 kV侧短路电抗XK=0138;接地变压器:Sg=420 kVA,UgN=1015 kV,Zg0=(314+j818);故障线路:R1+j X1=(014+j0132),R0+j X0=(8+j1126)。系统接地电容电流70 A,计算得X=260。当中性

11、点电阻RN=10时,若出线末端短路,有Z1=Z2=(014+j017),Z0=(43116+j5169),则Z0/Z1=54;当RN=20时,则Z0=(7117-j5173),Z0/Z1=89;当RN取更大值时,Z0/Z1值还会继续增大。通常中性点电阻值大于10,所以中性点电阻接地方式的城市配电网单相接地时零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大,一般可认为:Z040Z1。这是小电阻接地系统的阻抗参数的一个重要特点。310 kV电阻接地故障的分析计算因Z040Z1,可利用此条件对接地故障计算进行简化,对短路电流有(假设L1相故障):Id=IL1=3 EL1/(Z0+2 Z1),幅值 Id=IL13 E

12、/Z0,U0=-I0Z0=-EL12 Z1+Z0Z0,即 U0=|Z0|Z0+2 Z1|EE.E为10 kV系统的相电势幅值,以平均电压计,E=1015 kV/3=6106 kV,非故障相电压UL2、UL3分别为:UL2=EL2-Z0-Z1Z0+2 Z1EL1=EL2-/EL1;类似地UL3=EL3-/EL1.其中,/=Z0-Z1Z0+2 Z1下面简要讨论一下/的取值,根据上述Z040Z1的关系,设Z0=mZ1,则m40,得m+1m-2m-1m+23942=0193。从复平面进行向量分析可得:3m340=01075 rad,可见接近于1,是接近于0的值。可得UL2,UL3幅值的近似计算公式:U

13、L21+2+(1+3)E;UL31+2+(1-3)E.以上述系统为例,对于不同的中性点电阻值,当线路末端短路故障时,计算结果如表1。表1 线路末端短路故障计算RN=10RN=20RN=ZN/3314+j8186314+j818X/260260260ZN(-j X)ZN-j X/35116+j41436317-j6199-j260Z0/43116+j51697117-j51738-j25817Id/4082507017IN/421250U00198U0199UUUL21167U1170U1174UUL31172U11735U1174U,0196,-0104401986,-01031101,-01

14、005(2 Z1+Z0)/4410+j7117215-j41388-j25713(Z0-Z1)/42176+j5107113-j614716-j2591421广 东 电 力第12卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.下面讨论线电压的平衡性,进一步分析可得线电压的负序分量:U2 x=(3150)Z1Z0+2 Z1EL1.据有关定义,可得线电压的不平衡度为=U2 xU1x=U2 x3 E=Z1Z0+2 Z1,据前面结论,有|Z1|Z0|-2|Z1|555 A通常认为继电保护在4 s内切除故障,按

15、4 s热稳定电流可达15倍设备额定电流的原则,额定电流Ir为Id/15,Ir=Id/15=115ERN=1156 062 V10=4014 A,Pr=I2rRN=(4014210)W=1613 kW.413 接地变压器容量选择 按4 s的热稳定条件,绕组的额定电流为短路时流过绕组的电流的1/15,则Igr=IN0/15=115E3 RN=1315 A,Sr=3 UrIr=31015 kV1315 A=246 kVA.选标准容量Sr=250 kVA,也可选315 kVA。5 结语本文对10 kV小电阻接地系统的实际参数进行分析,得出系统单相接地故障时的阻抗之间关系特点,得出单相接地故障时系统线电

16、压仍维持平衡的结论。同时给出了接地设备选择的计算方法。参考文献1 戈东方.电力工程电气设计手册:电气一次部分 M.北京:水利电力出版社,19892 机械电子工业部.机械产品目录(第七册)M.北京:机械工业出版社,19913何仰赞.电力系统分析 M.北京:机械工业出版社,19844 许实章.电机学M.北京:机械工业出版社,1980作者简介:李志平(1965),男,广西合浦人,工程师,硕士,研究方向为变电站二次设计。31 第6期李志平:10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.