高厂变中性点低阻接地回路计算分析

巨民尚

（中国电建集团江西省电力建设有限公司，江西 南昌 330009）

1 引言

电力系统中变压器中性点接地方式是一个综合性、系统性的问题，接地方式如何，直接影响到电力系统内部过电压水平、电器设备的绝缘强度、断路器开断容量、变压器中性点绝缘水平以及变压器的制造等。目前，变压器中性点接地方式主要有不接地、直接接地、经消弧线圈接地、经电阻接地4 种方式。本文对某电厂高厂变中性点低阻接地回路做了具体地继电保护计算，结合该电厂某次事故接地保护动作情况，进一步分析具体接地方式对继电保护配置的要求[1-3]。

文中电厂为典型的一机一变单元接线结构，发电机出口电压15.75 kV，主变高压侧电压110 kV，发电机出口不装设断路器，发电机、主变、高厂变、励磁变间通过封闭母线连接，高厂变接线组别为Dyn1 型，高厂变低压侧分两支路分别接入厂用10 kV 工作段和备用段，高厂变中性点通过接地电阻柜接地。

2 计算用设备参数表及系统图

（1）设备参数

计算用典型实例主设备详细参数见表1~表4。

表2 主变参数

表3 高厂变参数

表4 高厂变中性点接地电阻柜参数

（2）系统图

图1 计算用一次系统

3 接地电流计算分析

高厂变中性点接地保护计算根据上文给出的系统图、设备参数、厂家测试报告等进行计算，计算主要依据的标准如下：

GB/T 14285-2016 继电保护和安全自动装置技术规程。

DL/T 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则。

DL/T 1502-2016 厂用电继电保护整定计算导则。

本文高厂变中性点接地保护计算主要包括如下5 个方面内容：

（1）计算中性点单相接地电流3IO。

（2）计算高厂变保护低压侧零序电流。

（3）计算高厂变低压侧10 kV 综保进线分支零序电流。

（4）计算高厂变低压侧10 kV 综保厂变分支零序电流。

（5）计算确定10 kV 综保其他负荷分支零序电流。

3.1 接地电流3IO 计算

计算基准容量：SJ=1 000 MVA

计算基准电压：UJ=10.5 kV

高厂变高压侧近似为无穷大系统。

根据高厂变出厂试验测量得变压器零序阻抗值ZO=0.43 Ω（供电端子abc-o）

其中ZO=0.43 Ω

将ZO、SJ、UJ值带入（1）式中

高厂变正序阻抗标幺值

其中Ud%=10.5（高厂变阻抗电压百分数）

将Ud%、SJ、SB值带入（2）式中

高厂变负序阻抗标幺值Z2=Z1=4.2

根据复合序网图可计算得到高厂变低压侧10 kV 母线单相接地电流3IO。

其中Z1=4.2

ZR为高厂变中性点接地电阻值9.229

IJ为10 kV 系统基准电流值

将IJ值、ZO*值、Z2值、Z1值、3ZR*值带入3IO计算式（3）中。

3.2 高厂变保护低压侧零序电流计算

高厂变低压侧单相接地电流计算值为626.24 A，低压侧零序电流动作值取35%（3IO），即3IO×（35%）=219.18 A。

计算二次值为219.18/nct=219.18/150=1.46 A。

设定延时一般取0.3 s 跳高厂变低压侧开关，0.5 s 延时停机。

3.3 高厂变低压侧10 kV 综保进线分支零序电流计算

10 kV 进线分支保护灵敏度系数一般取5，零序电流动作值为626.24/5=125.25 A。

计算二次值为125.25/nct=125.25/50=2.5 A，考虑与高厂变零流保护的配合，高厂变低压侧10 kV 综保进线分支零序延时取0.6 s，定值延时大于高厂变低压侧零序保护延时值。

3.4 高厂变低压侧10 kV 综保厂变分支零序电流计算

10 kV 厂变分支保护灵敏度系数一般取5，零序电流动作值为626.24/5=125.25 A。

计算二次值为125.25/nct=125.25/50=2.5 A，考虑与高厂变零流保护及厂变分支零序保护的配合，高厂变低压侧10 kV 综保厂变分支零序延时取0.1 s，定值延时小于高厂变低压侧零流保护延时。

3.5 10 kV 综保其他负荷分支零序过流定值

10 kV 其他负荷分支零序过流定值与高厂变低压侧10 kV 厂变分支零序过流定值相同。

4 计算值与保护实际动作值比较分析

2023 年4 月30 日04：05：00，由于高厂变低压侧10 kV 进线柜内鼠患原因机组跳闸停机，根据保护柜历史动作报告记录表5 可知，在04：05：00.319 高厂变低压侧零流1 段动作，随后04：05：00.358 时高厂变差动速断B 相动作，04：05：00.673 时10 kV 进线分支速断过流动作。

表5 保护柜历史记录

保护动作时高厂变保护低压侧零序电流记录值为3IO=2.016 A，折合到一次值为150×2.016=302.4 A，通过与计算值比较，可以看出，厂用系统实际接地故障电流302.4 A 小于626.24 A 计算电流，这与接地瞬间接地类别有关，而且实际接地故障电流要考虑负荷电缆、电机绕组及弧光电阻阻抗等因素的影响。

另外，保护柜动作报告记录显示，高厂变低压侧零流保护可靠动作后，高厂变差动速断B 相动作，说明低阻接地系统的零序过流保护动作正确率比较高，在发生单相接地故障时，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能保证零序过流保护的灵敏度要求。

从计算结果判断，高厂变中性点626.24 A 的接地电流将在故障点引燃电弧，严重损坏故障点的绝缘，且不能自然熄弧，系统不能长时间带接地点故障运行，因此，理论计算要求高厂变低压侧各分支开关均需配置出口跳闸的零序过流保护，本文所列举电厂的10 kV 开关均予以了配置。考虑零序过流保护的选择性，一般负荷开关综保延时出口时间较短（本文实例中取0.1 s），高厂变低压侧零流保护延时出口时间较长（本文实例中取0.3 s），高厂变低压侧10 kV进线分支综保零流延时出口时间较长（本文实例中取0.6 s）。

5 结语

与变压器中性点高阻接地系统相比，中性点低阻接地系统故障点的单相接地短路电流增幅较大，故障时对故障设备的损害较大。同时较大的接地短路电流引起故障点地电位升高，有可能造成瞬间过电压超过允许值。

另外，中性点接地电阻限制弧光接地过电压的原理是电阻的耗能作用，中性点的电阻阻值越小，限制弧光接地过电压能力越强，为了将间歇性弧光过电压倍数限制到较低水平，防止单相接地故障时非故障相电缆在暂态过电压作用下绝缘击穿，换言之，为了避免单相接地故障发展成相间故障，变压器中性点接地必须选择低阻接地。