20 kV系统保护配置及整定方案

汤向华，施雄杰，东志清

（江苏省海门市供电公司,江苏海门 226100）

当前我国的配电网络基本上还是以10 kV系统为主，随着工业的快速发展，在经济发达地区，10 kV系统容量小、损耗大的问题日益突出[1]。20 kV系统的出现当然也在情理之中，20 kV系统已从原来的试点走向了推广[2]，目前20 kV系统的一二次设备研究已日趋成熟，但如何对保护进行合理配置和整定计算还处在仁者见仁、智者见智阶段。对于经消弧线圈接地的系统，与目前运行的10 kV、35 kV系统没什么区别；但对于经小电阻接地的系统而言，因为引入了零序电流，情况就大不一样。

1 保护配置的特点

现有的35 kV和10 kV配网系统为中性点不接地系统[3]，在发生单相接地故障时，接地电流仅为导线的对地电容电流，电流值很小，一般只有几安培，规程规定该系统还可以运行2个小时[5]，现场采用只发信不跳断路器的方式，因此对35 kV和10 kV中性点不接地系统只需配置相间过流保护，就能满足要求。而采用经小电阻接地方式的20 kV系统，发生单相接地故障时，会产生较大的短路电流，通常达到600 A左右，必须快速切除，因此需考虑增加零序过流保护作为单相接地故障的主保护，这就要求出线电流互感器（TA）需采用3相3TA接线方式以取得自产零序电流或是增加独立的零序TA。在现场，对于主变20 kV侧零序过流和20 kV出线零序过流保护通常采用二段式。

2 原理和计算分析

根据《3～110 kV电网继电保护运行整定规程》6.2.8的要求[1]：10～35 kV低电阻接地系统中接地电阻的选取宜为6～30 Ω，单相接地故障时零序电流（3I0）以1 000 A内为宜[5]。目前常见的20 kV接地系统变压器均为Y/Yn0+D接线方式，变压器中性点安装有一个20 Ω的电阻器，主变低压侧有一个三角形接线的平衡线圈 （如图1 20 kV系统的一次图），使得高压侧的零序电流经平衡线圈接地，切断了高压侧往低压侧输送零序电流的回路，迫使高压侧与20 kV低压侧各自成一个零序网络，互不影响，也使得零序保护的整定相对简单，同时考虑两相接地故障可由相过流保护动作切除，这里只考虑单相接地故障，则使得整定进一步的简单。

20 kV零序网络图见图2。

以 63 000 kVA，U%＝10.76，Zb=10.76/63=0.170 8的主变，主变出口故障（ZL0＝0）为例。

从以上计算可以看出，相对于20 Ω电阻来讲，主变的正序、零序阻抗很小，可以忽略，相当于20 kV的电压直接加在20 Ω电阻上产生的零序电流，由此计算简化为：3I0为606 A满足单相接地故障时零序电流（3I0）在1 000 A以内的要求，但必须考虑到若有N台主变并列运行的话，则零序电流将达N×606 A，超过了1 000 A的要求，且根据规程规定低电阻接地系统必须且只能有一个中性点接地运行，由此就必须在运行规程中规定主变不得并列运行。

在考虑出线的情况时，则情况较复杂，若是电缆出线零序阻抗相对较小，如是长架空出线的线路阻抗较电缆阻抗会有10倍以上的比例，定值计算必须充分考虑线路阻抗的影响，以10 km架空出线（LGJ-240）为例，电抗为（1.32+j4）Ω。

（1）考虑金属性接地，则 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4）]＝559 A。

（2）考虑过渡电阻（20 Ω）接地，则 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4+20）]＝292.2 A。

（3）两相接地故障的零序电流可能会更小，但两相接地时，相间电流会很大，完全可以由相间过流保护动作，切除故障。

3 整定方案

3.1 线路零序一段

（1）作为线路单相接地故障的主保护，以10 km架空线单相接地零序电流559 A考虑，并保证足够灵敏度，线路的I段按保证灵敏度2倍整定。

（2）躲不平衡电流（设600/5的TA）

（3）零序I段的时限≥0.3，I段增加0.3 s主要考虑：躲线路配变励磁涌流的影响；躲线路配变低压侧故障引起的不平衡电流的影响。

综合考虑I0dz1取276 A/0.3 s。

参照《3 kV～110 kV电网继电保护运行整定规程》6.2.8的要求：保护整定与运行要兼顾灵敏性、速动性和选择性，低电阻接地系统的设备发生单相接地故障，本设备的保护应可靠切除故障，允许短延时动作[1]。

3.2 线路零序二段

（1）线路的II段按保证灵敏度4倍整定

（2）躲不平衡电流

（3）考虑按20 Ω接地，按灵敏度2倍整定

综合考虑I0dz2取144 A/0.6 s。

根据《3 kV～110 kV电网继电保护运行整定规程》6.2.8的要求：在低电阻接地系统中，应考虑线路经高阻接地故障的灵敏度，线路零流保护最末一段定值不宜过大[1]。

3.3 主变零序一段

（1）作为线路单相接地故障的后备，与线路零序I段配合。按保证足够灵敏度整定，主变根据逐级配合的要求按1.3倍出线定值考虑。

（2）躲不平衡电流

（3）零序I段的时限≥0.3 s。

综合考虑I0dz1取360 A/0.7 s跳分段/1.0 s跳本侧/1.3 s跳主变各侧。

3.4 主变零序二段

（1）应与线路零序二段配合。线路的II段按保证灵敏度4倍整定，主变按1.3倍出线考虑。

（2）躲不平衡电流（及线路的电容电流）。

综合考虑I0dz2取180 A/1.0 s跳分段/1.3 s跳本侧/1.6 s跳主变各侧。

如果考虑20 kV出线可能会作为联络线转供对侧变电所的出线时，可以在上述时限定值的基础上，再增加一个级差[4]。

上述分析中，还需注意：单相接地故障，相过流保护与零序保护都将感受短路电流，当相过流保护定值小于606 A时，两者均有可能动作，如果时限配合不合理的话，有可能单相故障，相过流保护先动作，给故障后分析问题、排查故障带来不便，因此在定值设置时，应注意将相间过流定时限段定值尽量抬高至606 A以上 （相间速动段一般定值较大），时限定值大于零序二段时限，确保单相故障，零序保护先动作。

4 结束语

（1）20 kV系统须增加零序保护，以便快速消除单相短路故障给系统带来的影响；

（2）2台主变以上变电所，20 kV系统不宜并列运行，以降低单相故障时的短路电流；

（3）主变20kV系统零序网络是一个相对单独的网络，可以考虑对主变20 kV系统和20 kV系统出线的零序过流定值进行规范统一；

（4）在现场，应注重相间保护和零序保护定值上的配合，以便正确区分相间和单相故障。

[1]DL/T 584－2007.3 kV～110 kV电网继电保护装置[M].北京∶中国电力出版社，2008.

[2]周小梅.客户端20 kV变电所接地电阻值的探讨[J].江苏电机工程，2009，29（1）∶26-28.

[3]付迎拴,王正刚,邝 石.中压电网接地方式的综合选取方法[J].电网技术，2006（15）∶101-102.

[4]陈继森;熊为群.电力系统继电保护[M].北京∶水利电力出版社，1995.

[5]聂宏展,赵福伟,袁桂东,等.66 kV配电网中性点经电阻接地的研究[J].电网技术，2007（14）∶74-77.