配电变压器380V低压侧单相接地保护的配置探讨

低压电器（２０１０Ｎｏ１７）　·应用与测试·　配电变压器３８０　Ｖ低压侧单相接地　保护的配置探讨　赵桂兰　（深圳市中电电力技术股份有限公司，广东深圳５１８０４０）　摘要：通过分析ｌ０／０．４　ｋＶ配电变压器保护的规程要求和计算实例，说明配置　的一般原则和方法，并以计算示例说明了单相接地保护的配套方法，希望能提高配电变　压器保护的实用性和经济性，做到安全、有效、合理。　赵桂兰（１９６８一），　关键词：配电变压器；低压侧；单相接地保护　女，工程师，研究方　中图分类号：ＴＭ　７７３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５５３１（２０１０）１７－００４８－０４　向为电力系统二次　控制与保护。　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｔ　３８０　Ｖ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｉｄｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＺＨＡＯ　Ｇｕｉｌａｎ　（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｃｅｉｅｃ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｃ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　１０／０．４　ｋＶ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｇｕ—　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｈａｓｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｎｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｈｏｐｅｄ　ｔｈａｔ　ｐｒａｃ—　ｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓａｆｅ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｉｄｅ；ｓｉｎｇｌｅ　ｐｈａｓｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　０　引　言　侧三相式过电流保护来兼低压侧单相接地保护，　原因有：①高压侧三相式过电流保护在灵敏度满　随着经济发展的加速，１０／０．４　ｋＶ配电变压　足要求的前提下，既起到保护变压器高压侧过电　器的应用也越来越广泛，对其的保护一般习惯性　流的保护作用，同时完成了变压器低压侧单相接　装设速断保护、过流保护、高压侧单相接地报警，　地保护的功能，大大节约了整个变压器的运行成　对于低压侧单相接地保护，有些企业一概配置低　本，可以获得较好的经济效益；②考虑到供电半　压侧中性点零序电流互感器和专用单相接地保　径和符合分布情况，这类变压器多布置在紧邻低　护，有些单位又一概不单独配置专用低压单相接　压负荷中心，而相对远离高压开关柜，有些项目甚　地保护，而用高压侧三相过电流保护来兼顾，到底　至距离高压开关柜几百ｍ的距离，如果用低压侧　应该怎样配置才更合理，本文对此进行分析说明。　中性点安装零序保护来实现，该保护的安装位置　１　规程要求　有困难，跳闸出口接线拉得比较长，对变压器安全　运行带来隐患，不利于变压器的经济合理运行。　由ＧＢＴ　５００６２－－２００８《电力装置的继电保护　和自动装置设计规范》对配电变压器低压侧单相　２　理论分析　接地保护的要求可知，低压侧中性点直接接地的　不同接线方式变压器低压侧单相接地短路分　变压器需要装设单相接地保护，保护的具体实现　析。为简化计算，考虑到高压系统到变压器的电　方法需要根据项目实际情况具体分析。　缆阻抗对低压侧单相接地短路分析影响不大，本　低压侧中性点直接接地的变压器，不论是星　文直接将高压电缆部分的阻抗归算到高压系统阻　型～星型接线还是三角一星型接线，首推用高压　抗中。　４８一　·应用与测试·　对于三相短路，由于已经假定系统是对称的，　只有正序分量，因此，不需要特别强调序阻抗的概　念；对于单相接地短路，必须提出序阻抗和相保阻　抗的概念。由于短路点离发电机较远，可认为所　有元件的负序阻抗等于正序阻抗，而零序阻抗与　正序、负序阻抗不同，必须单独分计算。对于零序　阻抗，星型一星型接线和三角一星型接线的配电　变压器，当低压侧发生单相接地短路故障时，零序　电流不能在变压器高压绕组流通，高压侧对于零　序电流相当于开路状态，故在计算单相接地短路　电流时视若无此阻抗。　本文考虑配电变压器低压侧母线单相接地短　路，因此，需要计算以下三部分阻抗。　（１）高压系统。高压系统按如下估算：　（ｃＵ　１　．　ｚ　＝　×１０　（１）　ｕ　Ｓ　Ｘ　＝０．９９５Ｚ　（２）　Ｒ　＝０．１Ｘ　（３）　式中Ｓ　——变压器高压侧系统短路容量，　ｕ　——变压器低压侧标称电压，０．３８　ｌ／　ｃ——电压系数，计算三相短路电流时取　１．０５，计算单相短路电流时取１．０　Ｚ　——归算到变压器低压侧的高压系统　阻抗，，　ｘ　——归算到变压器低压侧的高压系统　电抗，，枷　Ｒ　——归算到变压器低压侧的高压系统　电阻，，　对于ＴＮ接地系统的相保电阻和相保电抗分　别为　ＲＰｈｐ　＝÷（Ｒ（ｊ）　＋Ｒ（２）　＋　（ｏ）　）＝寻尺　（４）　Ｘ　＝寺（　，１　］＋Ｘ（２］　＋Ｘ（０］　）＝　（５）　式中　Ｐｈｐ　——归算到变压器低压侧的高压系　统电抗，ｍ１２　——归算到变压器低压侧的高压系　统电阻，ｍＱ　（２）配电变压器。正序阻抗的计算如下　Ｒ　：　Ｒ　＝　（６）　低压电器（２０１０１￣１７）　姜　（７）　Ｘ　：√ｚ；一Ｒ；　（８）　式中△Ｐ——变压器短路损耗，ｋＷ　Ｕ　——额定线电压，ｋＶ　ｓ　——变压器额定容量，ＭＶＡ　％——变压器阻抗电压百分比　变压器的负序阻抗等于正序阻抗。Ｙ，ｙｎ０连　接的变压器的零序阻抗比正序阻抗大得多，其值　由制造厂通过测试提供；Ｄ，ｙｎｌ１连接的变压器的　零序阻抗若无测试数据时，可取其值等于正序阻　抗值。　Ｙ，ｙｎ０连接变压器的相保电阻和相保电抗分　别为　尺ｐｈｐ　Ｔ＝÷（尺【１）Ｔ＋Ｒ（２］Ｔ＋Ｒ（０］Ｔ）＝　＋　㈩　（９）　Ｘ　Ｔ＝÷（　（１］Ｔ＋Ｘ（２）Ｔ＋　（０　）＝　＋　㈩　（　０）　Ｄ，ｙｎｌ　１连接变压器的相保电阻和相保电抗为　Ｒ　Ｔ＝÷（Ｒ（１）Ｔ＋Ｒ（２）Ｔ＋Ｒ（　）：ＲＴ（１１）　ＸＰｈｐ　Ｔ＝÷（　（１）Ｔ＋Ｘ（２）Ｔ＋Ｘ（ｏ）Ｔ）＝ＸＴ（１２）　（３）低压母线。导线电阻为　Ｒｉ＝ｋｉｆｋ１ｉＲ　（１３）　式中　尺　——导线温度为０　ｏＣ时的直流电阻，Ｒ　ｎ￡　ＰｏＬ—Ａ—　ｐ　——导线温度为０℃时的电阻率，Ｐ。＝　Ｐ２ｏ［１十Ｏｌ（０—２０）］　Ｃ；——绞人系数，单股导线为１，多股导线　为１．０２　Ｐ　。——导线温度为２０℃时的电阻率，铝线　芯为２．８２　ｎ·　ｍ，铜线芯为　１．７２２　Ｑ。　ｍ　——电阻温度系数，铜、铝都取０．００４　导线实际工作温度，℃　——集肤效应系数，查表获得　；——临近效应系数，母线取１．０３　—４９～　低压电器（２０１０Ｎｏ１７）　为了简化计算，计算导线电抗时，忽略线路容　抗，只计算线路感抗。　对于５０　Ｈｚ系统，母线的感抗计算公式如下　＝０．　４４　５　ｇ　＋０．０　８　８４（　４）　式中Ｄ　——几何均距，ｃｍ　６——母线厚度，ｃｍ　——母线宽度，ｃｍ　以上为线路、母线的线路阻抗（正序、负序）　的计算方法，对于相线、保护线的零序电阻和零序　电抗的计算方法与正、负序电阻、电抗计算方法相　同，只是在计算相线零序电抗　㈩。　和保护线零序　电抗　（　时几何均距Ｄｊ改用Ｄ。代替。Ｄ。＝　３￣ＤＬ１ｐＤＬ２ｐＤＩＢｐ，ＤＩ＿１Ｐ、Ｄｌ２Ｐ、ＤＬ３Ｐ为相线Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３　中心至保护线ＰＥ或ＰＥＮ线中心的距离。　对于单相接地短路，母线的相保电阻和相保　电抗分别为　ｐ　ｈ　ｐ　ｌ＝÷（尺（１）　＋尺（２）　＋　（ｏ）　）＝　÷（　＋　）　＋　）Ｉ１ｈ　＋３Ｒ㈣　）（１５）　ｐｈｐ　＝　ｌ（ｘ（１）．．．＋　（２）　＋　（。）　。）＝　１１　（　（１）　＋　（２）　＋　（。）ｐｈｍ＋３Ｒ（。）Ｐ　）　（１６）　３　计算示例　下面由一个计算实例来说明变压器低压侧单　相接地保护的配置原则和特点。　某车问变电所变压器为ＳＣＢ９—１　０００　ｋＶＡ，　１０／０．４　ｋＶ，“　ｌ＝６％，△Ｐｋ＝７．６　ｋＷ，过负荷系数　为３，在变压器高压侧系统短路容量Ｓ’　＝　２００　ＭＶＡ，变压器的接线形式分别为Ｄ，ｙｎｌ１和　Ｙ，ｙｎ０，低压３８０　Ｖ母线平行竖放，母线问距３５０　ｉｎｍ，中性线距边母线２００　ｍｍ，其他参数见图中如　图１所示，以下分别进行变压器低压母线处发生　单相接地短路保护的配置及灵敏度的计算。　根据以上参数，由式（１）一（５）计算得到系统　的相电阻尺　、相电抗　、相保电阻尺　、相保电抗　Ｘｐｈｐ　；由式（６）～（８）、（１１）、（１２）计算得到变压器　的相电阻尺　、相电抗　、Ｄ，ｙｎｌ１连接型式的相保　电阻　【】ｈ　、相保电抗　ｐｈｐ　，对于Ｙ，ｙｎ０连接的变　压器的零序阻抗比正序阻抗大得多，其值由制造　一５０一　·应用与测试·　（ａ）接线型式Ｄ，ｙｎｌ１　（ｂ）接线型式Ｙ，ｙｎ０　图１变电器示意图　厂通过测试提供，因此，其相保电阻Ｒ｜．１１ｌＪ　、相保电　抗　。Ｍ根据厂家提供数据查表得出；由式（１３）～　（１６）计算得到低压母线２０℃时的相电阻Ｒ　、相　电抗Ｘ　、相保电阻Ｒｐｈｐ　、相保电抗　ｐｈｐ　，计算结　果如表１所示。　根据表１数据计算得变压器低压侧母线故障　的阻抗、短路电流、过电流保护和低压单相接地保　护的数值如表２所示。　表１　２０℃时低压母线参数表　由示例分析可得，对于相同容量、相同电压比　和相同百分比的电抗，只是接线型式不一样的配　电变压器，高压侧的短路电流和保护形式、定值是　没有差别的，计算完全一样。Ｄ，ｙｎｌ１接线的变压　器和Ｙ，ｙｎ０接线的变压器主要差别在于变压器　的零序阻抗。Ｙ，ｙｎ０接线的变压器由于与低压系　统有电的联系，其零序阻抗值远远高于正序阻抗，　从而导致相保电阻和相保电抗值也很大；而Ｄ，　ｙｎｌ１接线变压器的零序阻抗值与正序阻抗差别　不大，估算时可以取值等于正序阻抗值，对应的相　·应用与测试·　低压电器（２０１０１￣＿１７）　保电阻和相保电抗值与相电阻、相电抗值相等。　由表２可以看出：Ｄ，ｙｎｌ１接线变压器的相保电阻　４　结　语　ＲＤｈ　＝ＲＴ＝１．２２　ｍＤ．，卡目保电抗　通过以上计算实例分析：对于Ｄ，ｙｎｌ１接线　Ｘ　＿ｒ＝ＸＴ＝９．５２　ｍｎ；而Ｙ，ｙｎ０接线变压器的相　形式的变压器，可利用高压侧三相过电流保护兼　保电阻ＲＤｈ　＝３．３９　ｍ　，相电阻Ｒ　＝１．２２　ｍｎ，相　作低压侧单相接地故障保护，灵敏度完全满足＞　保电抗ＸｎｈｎＴ＝４２．７１　ｍＱ，相电抗ＸＴ＝９．５２　ｍＱ，　１．５的要求，不需要单独配置专用的中性点电流　正是这一点导致Ｄ，ｙｎｌ１接线和Ｙ，ｙｎ０接线变压　互感器和保护继电器，节省了设备配置和接线，同　器的３８０　Ｖ低压母线单相接地故障电流的很大不　时也减少了运行成本；对于Ｙ，ｙｎ０接线的变压　同。Ｄ，ｙｎｌ　１接线１２２ｋＩ＝１　９９６　４　Ａ；Ｙ，ｙｎ０接线　，２：ｋ　＝４　８６２　Ａ。Ｄ，ｙｎｌ１接线的低压母线单相接　器，由于变压器相保阻抗很大，导致低压单相接地　地故障电流较大，用高压侧三相式过电流保护兼　故障短路电流较小，利用高压侧三相过电流保护　做低压侧中性点单相接地保护的灵敏度完全符合　兼作低压侧单相接地故障保护的灵敏度不满足＞　要求Ｋ…＝１．８１＞１．５，不需要单独配置专用的中　１．５的要求，必须单独在低压侧配置单相接地保　性点电流互感器和保护继电器；由于Ｙ，ｙｎ０接线　护，增加了设备、接线，同时加大了运营维护成本。　的低压母线单相接地故障电流小，致使高压侧三　Ｄ，ｙｎｌ１和Ｙ，ｙｎ０两种接线型式的１０／０．４ｋＶ　相过电流保护兼低压侧单相接地保护功能的灵敏　配电变压器在工业和民用建筑领域应用都非常广　度不满足＞１．５（Ｋ…＝０．５１），因此，需要单独配　泛，随着用电负荷的增加，低压侧单相接地故障的　置低压侧单相接地保护。　（下转第６２页）　一５１—　低压电器（２０１０Ｎｏ１７）　·标准研究与分析·　ＳＣ１７Ｂ（在ＧＢ　１４０４８．５中有规定）不同的描述，　目前ＵＬ　ＴＦ与ＩＥＣ　ＳＣ１７Ｂ／ＷＧ２正在协调的　ＳＣ１７Ｂ希望ＴＣ９４不要对ＳＣ１７Ｂ正在使用的使用　标准包括ＵＩ　６０９４７－１　Ｅｄ５．０与ＩＥＣ　６０９４７—１　Ｅｄ５．０　类别进行重新定义，经过协商，ＴＣ９４接受了　的协调，ＵＬ　６０９４７－４－１　Ｅｄ３．０与ＩＥＣ　６０９４７－４．１　ＳＣ１７Ｂ的意见，对这一问题将重新考虑。　Ｅｄ３．０的协调，ＵＬ　６０９４７－４￣与ＩＥＣ　６０９４７－４—２的　ＳＣ１７Ｂ（低压开关设备和控制设备）的产品广　协调，ＵＬ　６０９４７—５—１与ＩＥＣ　６０９４７．５．１的协调等。　泛应用于各行各业，和许多其他标委会所负责的　产品有关联，为了推进技术进步和社会发展，ＷＧ２　４　结　语　会对相关问题继续跟踪研究，确保标准之间的适　低压电器属于量大面广的一类产品，广泛应　用性和协调性。　用于生产生活中，对于ＩＥＣ国际标准的跟踪，可以　３　与ＵＬ之间的协调　使我们及时了解最新的国际技术动态，并以此为　基础，制订完善我国的标准化体系，增强国内企业　ＵＬ（美国保险商实验室）是一家产品安全测　的市场竞争力。　试和认证机构，也是美国产品安全标准的创始者。　ＵＬ标准与ＩＥＣ标准之间存在很大的差异，这对于　【参考文献】　采用ＩＥＣ标准的其他国家的产品进入美国市场产　［１］　１７Ｂ／１６８９／ＮＰ低压开关设备和控制设备用于信息　生了许多不便，为了促进各国之间的贸易往来，加　交换的产品数据和特性［Ｓ］．　强标准之间的协调性和适用性，同时也为了尽量　［２］　１７Ｂ／１６９７／ＣＤ　ＩＥＣ　６１９１５—２低压开关设备和控制设　避免对同一产品规定不同的要求，ＵＬ　ＴＦ一直致　备一网络工业设备的设备描述第２部分：起动器及　力于将有关的ＵＬ标准与ＩＥＣ标准之间进行协　类似设备的根设备描述［Ｓ］．　调，双方进行讨论，达成协商一致，推动标准化工　收稿日期：２０１０—０７—０５　作向前发展。　（上接第５１页）　影响增大，结合这几年电子类负荷的增加较快，产　经济性，也提高了变压器的运行效率，做到安全、　生的谐波影响也加大，虽然就地进行了一些补偿，　有效、合理。　但对系统的影响还是不可小视，根据Ｄ，ｙｎｌ１和　Ｙ，ｙｎ０两种接线型式的１０／０．４　ｋＶ配电变压器适　【参考文献】　用场合，结合本文的分析，建议在没有特别要求接　［１］ＧＢＴ　５００６２－－２００８电力装置的继电保护和自动装　线型式的场所，选用Ｄ，ｙｎｌ１接线型式的配电变　置设计规范［Ｓ］．２００８．　压器，用高压侧三相过电流保护兼作低压侧单相　收稿日期：２０１０—０７—１４　接地保护，从而提高配电变压器保护的实用性和　交流先进技术平台　传播电工信息先锋