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1、220KV中性点直接接地电网继电保护设计摘要在电力系统中，电力系统中性点的接地方式一般是指供电或者配电端电力变压器中性点的接地方式,接地方式的选择直接影响到电力运行的安全性,稳定性和经济性.随着电力科学技术的不断发展和我国电网结构的日趋复杂，出现了许多新型的接地技术以及新的接地标准本设计对220KV电网进行了继电保护和自动装置整定计算，根据本在满足继电保护“四性”要求的前提下，求得最佳方案，电网的特点和运行要求分别配置了零序、距离、高频以及横差保护，最后对全套保护进行了评价.1概述在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统）。我国采用经消弧线圈
2、接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，为此对这两种接地方式作以分析，对于中性点不接地系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。1.1 中性点经小电阻接地方式世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性,而采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是：（1）系统单相接地时，健全相
3、电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。（2）接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。（3）由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。（4）当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸,使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。1.2大电流接地我国220kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点直接接地方式，中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，通过大地形成回路，就形成单相短路.发生
4、单相故障时非故障相电压不会升太高,暂态过电压水平也较低,故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短.大电流接地系统系统产生的内过电压最低,因此,大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。但是大电流接地系统在发生单相接地时所产生的大电流对通讯系统的干扰影响很大，当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，会对通讯造成干扰。1.3 小电流接地635kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非直接接地方式。中性点非直接接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地.1.4 中性点不接地方式适用于单相接地故障电容电流低于1
5、0A以下的线路，以架空线路为主，尤其是农村10kV配电网,此类型电网瞬间单相接地故障率占60%70%.发生单相接地故障时故障相电流仅为电容电流且小于10A.因此当发生单相接地故障时故障点电弧可以自熄，线路不跳闸，只报异常信号,可带故障运行一段时间，以保证供电连续性.且对通讯的干扰也比较小.发生单相接地故障时非故障相电压升高至线电压.因此对电气设备绝缘要求较高,一般都按线电压等级设计.在电容电流大于10A的情况下,极容易产生过电压等级相当高的间歇性弧光接地过电压，且持续时间较长，危及网内绝缘薄弱设备，继而引发两相接地故障，引起停电事故.中性点经电阻接地适于瞬间性单相接地故障较少的电力电缆线路。该
6、电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。中性点经电阻接地的方式有高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式.1.5 中性点经电阻接地运行方式的特点：降低操作过电压，中性点经电阻接地的配网发生单相接地故障时，零序保护动作，可准确判断并快速切断故障线路；可有效降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压不升高，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择：当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性
7、下降；有效地限制弧光接地过电压，当电弧熄灭后，系统对地电容中的残余电荷将通过接地电阻泄放掉，下次电弧重燃时，不会叠加形成过电压；可有效消除系统内谐振过电压,中性点电阻接地相当于在谐振回路中并接阻尼电阻，试验表明，只要中性点电阻1500Q,就可以消除各种谐振过电压，电阻越小，消除谐振的效果越好；对电容电流变化的适用范围较大，简单、可靠、经济。中性点经消弧线圈接地.适用于单相接地故障电容电流大于10A,瞬间性单相接地故障较多的架空线路为主的配电网。其特点为：利用消弧线圈的感性电流补偿接地点流过的电网容性电流，使故障电流10A,电弧自熄，熄弧后故障点绝缘自行恢复;减少系统弧光接地过电压的概率；线路发
8、生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时；消弧线圈无法补偿谐波电流,在某些谐波电流所占比重较大的场所中，消弧线圈很难起到作用；当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路；目前运行的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题.国内运行的消弧线圈分手动调节和自动跟踪补偿两类：前
9、一种手动调节时，消弧线圈需退出运行，且人为估算电容电流值，误差较大，现己较少使用；后一种是微机控制消弧装置人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以
10、抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20s,由过补、欠补、最小残流三种运行方式。2.220kv中性点直接接地电网的继电保护设计2.1 线路继电保护配置保护方式的选择对电力系统的安全运行有直接的影响。选择保护方式时，在满足继电保护“四性”要求的前提下，应力求采用简单的保护装置来达到系统提出的要求，只有当简单的保护不能满足要求时，才采用较复杂的保护。对110220kV中性点直接接地电网中的线路，应装置反应接地短路和相间短路的保护。电力设备和线路的短路保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。在110220kV中性点直接接地的电网
11、中，线路的相间短路保护及单相接地短路保护均应动作于断路器使其跳闸。220kV线路则宜采用近后备方式，如能实现远后备方式时，则宜采用远后备方式或同时采用远、近后备结合的方式。220kV线路的保护可按以下原则配置。对于单侧电源单回路线路，可装设三相多段式电流电压保护作为相间短路的保护。但若不能满足灵敏度要求，则应装设多段式距离保护。对于接地短路，宜装设带方向性元件或不带方向性元件的多段式零序电流保护，对某些线路，若装设带方向性接地距离保护可以明显改善整个电力系统接地保护性能时，可装设接地距离保护，并辅之以多段式零序电流保护。对于双电源单回路线路，可装设多段式距离保护，若不能满足灵敏度和速动性要求时
12、，则应加装高频保护作为主保护，把多段式距离保护作为后备保护。在正常运行方式下，若保护安装处短路且无时限电流速断保护装置能够动作时，可装设此种保护作为辅助保护。选择220kV线路保护时作了如下考虑：由于本系统允许切除故障的时间为0.1s,为保证系统运行稳定，当220kV输电线路任何地点发生短路故障时，继电保护切除故障线路的时间都必须小于0.1s,因而，凡是不能在0.ls内切除全线路故障的保护装置都不宜作为主保护。基于这种考虑，对双电源供电的单回路线路和环网内的线路，宜采用高频保护作为主保护。具体而言，环网内的线路AB、AE、BE,双电源供电线路的CD线、DE线、EF线、FG线、GH线均采用高频保
13、护作为主保护。后备保护采用距离保护作为相间短路保护，零序电流保护作为接地短路保护，对单侧电源的辐射线路HI线可按线路-变压器组考虑，从而可以采用较简单的保护，因此.对线路扣可选用距离保护作为相间短路保护，零序电流保护作为接地短路保护。2.2 自动重合闸的配置在电力系统的故障中，大多数是送电线路（特别是架空线路）的故障。架空线路故障大都是“瞬时性”的，在线路被断开以后再进行一次合闸能大大提高供电的可靠性。为此，在电力系统中采用了自动重合闸。即当断路器跳闸以后，这种装置能够自动地将断路器重新合闸。自动重合闸装置应按下列规定装设：在IkV及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路中，当具有断路器时，应装
14、设自动重合闸装置；旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器，宜装设自动重合闸装置；低压侧不带电源的降压变压器，应装设自动重合闸装置；必要时母线可装设自动重合闸装置。各种自动重合闸装置中，综合重合闸为较先进的一种。本设计采用微机保护装置，系统中所有线路均装设综合重合闸。线路配置：主保护采用方向高频；后备保护距离保护作为相间短路保护，零序电流保护作为接地短路保护。2.3 微机保护装置简介本系统采用WXB-15型微机高压线路保护装置。WXB-15型系列装置是使用硬件实现的成套微机高压线路保护装置，适用于llOkV500kV各电压等级的输电线路。主保护为快速方向高频保护。WXB-15型微机方向
15、高频保护的推出，为同一回路配置相同硬件不同原理的双套主保护提供了可能。a.本装置硬件特点采用了多单片机并行工作的硬件结构，装置设置了四个硬件完全相同的CPU插件，每个插件独立完成一种保护功能O采用电压一频率转换原理构成的模数转换器，它具有工作稳定、精度高、接口简单和调试方便等优点。跳闸出口回路采用三取二方式，提高了整套保护装置的可靠性。采用液晶显示、菜单操作、使人一机对话更加简单、灵活。具有RS232接口，可将全站微机保护就地联网。保护配置示意图如表1所示。CPUCPUCPU2CPUscfu4护功能、高频距离高频零序频序高负方向高频相间距离地离接距零序综重WXB-15WXB-15A表1保护配示意图b.各种保护配置及其特点快速方向高频保护它是由突变量方向元件、零序和负序方向元件完成的快速方向高频保护构成WXB-15系列微机保护装置的主保护，由CPU,实现保护功能，可选用允许式或闭锁式。突变量方向元件具有明确的方向性且动作迅速。距离保护它是由三段式相间距离和接地距离构成的距离保护作为各套保护的基本配置，由CPU,实现。用于切除出口短路故障的快速I段的距离元件动作时间不大于11ms,当系统发生第一次故障时，采用电压记忆保证方向性。若在振荡期间发生故障，刚采用负序方向元件把关，仅在出口完全三相对称短路时采用偏移
