CN205029332U - 一种多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统 - Google Patents

Abstract

一种多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统，包括有系统主电源和降压变电站、输电线路、升压变电站和当地电源,降压变电站的降压变压器一次绕组与220kV系统主电源相连，升压变电站的升压变压器一次绕组与当地电源相连，降压变压器、升压变压器的二次绕组中性点分别经电阻R_N接地；所述输电线路连接在两个变电站的110kV交流母线W1、W2之间,输电线路的两端配置有一号、二号线路保护装置，一号、二号线路保护装置中零序方向元件的最大灵敏角均设定为180°，零序方向元件的动作判据为，接地电阻R_N≥11X₁N/3；本实用新型消除了零序方向元件的误动区和拒动区，确保了线路保护装置的正确动作，提高了配电网的供电质量和安全性。

Description

一种多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统

技术领域

本实用新型涉及110kV中性点经电阻接地配电网，尤其是一种能确保线路保护装置正确动作的多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统。

背景技术

我国110kV配电网一般采用中性点直接接地的方式运行，这种系统发生单相接地短路时，负荷侧三相电压出现明显不对称，电压暂降严重。近年来随着变频调速设备和计算机控制的各种自动生产线等敏感性负荷的大量使用，电压暂降已成为一个重要的电能质量问题，几个周期的电压暂降都将影响到一些企业用电设备的正常运行，造成产品质量下降，生产线紊乱或中断，频繁发生的电压暂降给用户造成了巨大的经济损失。110kV系统采用中性点直接接地方式已无法满足敏感性负荷的供电要求。

当前，经理论研究和实际运行已经证明，采用110kV系统电源侧中性点经合适的电阻接地的方式，能有效限制单相接地故障时的电压暂降，明显提高系统的供电质量。但是，由于按照这一要求选择的中性点电阻值一般远大于系统的零序电抗值，致使零序阻抗角发生很大的改变，导致零序方向元件的动作特性和最大灵敏角不同于中性点直接接地系统，若将原保护装置中的零序方向元件直接用于中性点经电阻接地系统，则可能出现零序方向电流保护的误动或拒动,从而威胁到配电系统的安全运行。

发明内容

本实用新型的目的就是要解决当前110kV配电系统中，将中性点直接接地方式改变为经电阻接地方式后，现有的零序方向元件直接用于中性点经电阻接地系统时，会出现误动区和拒动区，从而导致保护装置出现误动或拒动,从而威胁配电系统的安全运行的问题，为此提供一种能确保线路保护装置正确动作的多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统。

本实用新型的具体方案是：一种多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统，包括有系统主电源和降压变电站、输电线路、升压变电站和当地电源G,其中降压变电站的降压变压器T₁的一次侧绕组连接220kV系统主电源，升压变电站的升压变压器T₂的一次绕组连接当地电源G，降压变压器T₁和升压变压器T₂的二次侧绕组的中性点各自通过接地电阻R_N与大地相连接；所述输电线路连接在两个变电站的110kV交流母线W1、W2之间，其特征是：在输电线路的两端分别配置有一号、二号线路保护装置，且一号、二号线路保护装置中零序方向元件的最大灵敏角均设定为180°,零序方向元件的动作判据为；接地电阻R_N≥11X₁N/3，其中R_N为单个中性点的接地电阻值，N为系统接地电阻的个数，X₁为系统的最大等效正序电抗,如此选择的中性点接地电阻值，能使系统在各种运行方式下，110kV侧发生最常见的单相接地故障时，负荷侧的三相电压跌落都不超过额定电压的-10%，满足系统电压波动范围的要求，明显提高配电网的电能质量。

本实用新型中一号、二号线路保护装置中零序方向元件还用于正确判断故障点方位。零序方向元件利用线路保护正方向或反方向发生接地故障时，流过线路保护装置的零序电流与零序电压相位差的不同，来区分故障点的位置。当线路保护装置的正向发生故障时，零序方向元件动作，零序方向元件与零序电流元件和时间元件配合去接通断路器的跳闸回路；当线路保护装置的反向发生故障时，零序方向元件不动作，从而闭锁断路器的跳闸回路。

本实用新型的意义在于：在110kV配电网的改造中，将中性点接地方式改为经电阻接地后，不必更换线路原来使用的线路保护装置及其外部接线，只需通过软件修改零序方向元件的最大灵敏角和动作判据，就能改变中性点经电阻接地系统的零序方向元件的动作特性，消除原线路保护装置中零序方向元件用于中性点经电阻接地系统时出现的误动区和拒动区，确保了线路保护装置动作的正确性，从而提高了配电网安全运行的可靠性和供电质量，为我国110kV配电网改造采用中性点经电阻接地方式来提高供电质量，节省了更换线路保护装置的投资，并提供了可操作性。

附图说明

图1是本实用新型适用的典型一次系统图；

图2是图1的零序等值电路的示意图（在图中标注了线路保护装置安装处零序电流、电压的参考正方向）；

图3是本实用新型中输电线路f₁（保护正方向）处发生单相接地故障时，零序电压与零序电流的相量示意图；

图4是本实用新型中中性点经电阻接地系统的零序方向元件的动作特性示意图；

图5是当前在中性点直接接地的110kV配电网中，零序方向元件的动作特性示意图；

图6是现有保护装置的零序方向元件直接用于中性点经电阻接地系统时，零序方向元件出现的误动区和拒动区的分布示意图；

图7是本实用新型适用的典型一次系统图中零序电压的大小与分布的示意图。

具体实施方式

本实施例以双侧电源的110kV中性点经电阻接地系统为例对本实用新型进行描述。

参见图1，本实用新型包括有系统主电源和降压变电站、输电线路、升压变电站和当地电源G。降压变电站的降压变压器T₁一次绕组与220kV系统主电源相连，升压变电站的升压变压器T₂一次绕组与当地电源G相连，降压变压器T₁、升压变压器T₂的二次绕组中性点分别都经接地电阻R_N接地；所述输电线路连接在两个变电站的110kV交流母线W1、W2之间，输电线路的两端配置有一号、二号线路保护装置，分别用带有标号1和标号2的方框表示，特别是：一号、二号线路保护装置中零序方向元件的最大灵敏角均设定为180°,零序方向元件的动作判据为；在中性点经电阻接地系统中，零序电压的参考正方向为母线指向大地，零序电流的参考正方向为从保护安装处的母线指向被保护的线路；接地电阻R_N≥11X₁N/3（其推导过程见申请号为：201310678334.X的专利申请文件），其中R_N为单个中性点的接地电阻值，N为系统接地电阻的个数，X₁为系统的最大等效正序电抗。

对于110kV的配电网而言，采用中性点经电阻接地方式时，按照消除和抑制单相接地故障电压跌落的约束条件R_N≥11X₁N/3，从而选择的接地电阻值一般会远大于系统的零序电抗，从而使系统的零序电抗与零序电阻参数之比发生很大变化，导致系统的零序电压、电流的大小和分布以及它们之间的相位差不同于中性点直接接地系统。

下面结合实施例对双侧电源的110kV中性点经电阻接地系统的零序方向元件动作特性作进一步描述。

(1)零序电压电流的大小与分布及相位差。

当110kV中性点经电阻接地系统发生接地短路时，与故障点有直接电气联系的母线和中性点上都会出现零序电压。如图1、图7所示，当f₁点发生金属性单相接地故障时，其零序电压的大小和分布如图中所示：故障点处的零序电压U_f0≈U_p（正常相电压），由于一般系统的零序阻抗远小于中性点的等效接地电阻3R_N，因此零序电压主要降落在110kV中性点上，即中性点电压，线路保护安装处（一号或二号线路保护装置）的零序测量电压、也与故障点处的零序电压近似相等，其参考正方向为母线指向大地。

在中性点经电阻接地系统发生接地故障时，故障点的零序电压源将通过大地和中性点接地电阻以及与故障点有直接电气联系的线路、变压器构成零序电流的回路，如图1系统中线路f₁处发生单相接地故障时，对应的零序等值电路如图2所示:

图中X_s.0为220kV系统的等值零序电抗；X_1.0、X_2.0、X_3.0为降压变压器T₁的高、中、低压侧绕组漏抗；X _l1、X _l2分别为故障点f₁至两端保护安装处的线路零序电抗；X_T2为升压变压器T₂的零序等值电抗；3R_N为变压器110kV侧中性点的零序等效电阻。

设零序电流的正方向为从保护安装处（一号线路保护装置）的母线指向被保护的线路，当本线路内部f₁处发生单相接地故障时，按所规定的零序电压、电流参考正方向，流过一号线路保护装置中的零序方向元件的零序电流为：

(1)

由于根据防止电压跌落以及过电压要求选择的中性点等效接地电阻值3R_N远大于线路和变压器的零序等值电抗，所以中性点经电阻接地系统的零序阻抗角，与的相位关系如图3所示：并且由于受到中性点接地电阻的限制，其零序电流值要比中性点直接接地系统小得多。

同理分析二号线路保护装置的安装处的和，也可得出相同结论，即：在中性点经电阻接地系统中，保护的正方向发生接地故障时，保护安装处的零序电压超前于零序电流大约180°，即正向零序阻抗角。

当在图2中f₂处发生接地故障时，对于一号线路保护装置而言是反方向故障，这时流过一号线路保护装置的零序电流为：

（2）

同样，由于3R_N远大于升压变压器T₂和输电线路的等值电抗，因此反向故障时，保护安装处的零序电压与零序电流相位差角近似为0°，即差不多同相位。

(2)经电阻接地系统的零序方向元件动作特性。

零序方向元件应保证正向接地故障时可靠灵敏的动作，反向接地故障时可靠不动作，为了达到这一目的，一般设零序方向元件的最大灵敏角为正向故障的零序阻抗角，即。考虑系统各种因素的影响（如电压、电流互感器角误差，系统中元件电抗参数的影响等），正向故障时与不一定正好反相，反向故障时也不一定正好同相，为保证正向故障时零序方向元件能可靠动作，在最大灵敏角基础上，即动作判据为：

（3）

其动作特性如图4所示：其中左半平面阴影部分为中性点经电阻接地系统零序方向元件的动作区，用D₁表示，右半平面为不动作区，用D₀表示。

(3)中性点直接接地系统零序方向元件的误动、拒动区。

在中性点直接接地系统中，110kV线路保护装置的零序阻抗角一般设为75°左右，零序方向元件的最大灵敏角为255°（180°+75°），其动作特性如图5所示，在图5中Z₁表示动作区，Z₀表示不动作区：

动作判据为：

（4）

若将这种零序功率方向元件直接用于中性点经电阻接地系统，则正向故障时，在范围内可能发生拒动，反向故障时，在范围内可能发生误动，其拒动区、误动区如图6中阴影区域所示，其中拒动区用W₀表示，误动区用W₁表示。由此，要对当前中性点经电阻接地系统中零序方向元件的最大灵敏角进行调整，从而确保配电网的安全运行。

综上所述，在将110kV中性点直接接地系统改造为中性点经电阻接地系统时，为了保证零序方向元件动作的正确性，应将原线路保护装置的零序方向元件的最大灵敏角调整为180°，动作判据改为，以保证零序方向电流保护动作的正确性，确保系统的安全可靠运行。

应当指出的是，以上所述的中性点经电阻接地系统零序方向元件的原理仅是以双侧电源的系统为例进行讨论的，由于任何多个电源的实际系统总是能通过网络变换的方法化简成一个双端电源的等效网络，所以本实用新型中零序方向元件最大灵敏角的选择和动作判据还可运用于多侧电源供电的中性点经电阻接地系统的供电网络。

Claims (1)

1.一种多侧电源供电的110kV中性点经电阻接地系统，包括有系统主电源和降压变电站、输电线路、升压变电站和当地电源G，降压变电站的降压变压器T₁一次绕组与220kV系统主电源相连，升压变电站的升压变压器T₂一次绕组与当地电源G相连，降压变压器T₁、升压变压器T₂的二次绕组中性点分别都经接地电阻R_N接地；所述输电线路连接在两个变电站的110kV交流母线W1、W2之间，其特征是：输电线路的两端配置有一号、二号线路保护装置，一号、二号线路保护装置中零序方向元件的最大灵敏角均设定为180°，零序方向元件的动作判据为；接地电阻R_N≥11X₁N/3，其中R_N为单个中性点的接地电阻值，N为系统接地电阻的个数，X₁为系统的最大等效正序电抗。