10 kV备自投与接地变的配合运行优化方法研究

 2020年11月25日第37卷第22期Telecom Power TechnologyＮｏｖ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２２　doi：10.19399/j.cnki.tpt.2020.22.003研制开发10 kV备自投与接地变的配合运行优化方法研究李元开，赖天德（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）摘要：目前，电网中的主变压器低压侧一般采取三角形接法，没有可以接地的中性点，所以为了提高供电可靠性，提供零序电流通道，采用消弧线圈或小电阻接地形式的接地变压器至关重要。备用电源自动投入装置是当电源因故障跳闸后，可以自动迅速将备用电源投入的一种自动装置。由于备自投装置会改变一次设备的运行方式，因此当备自投动作后，调度需要进行相应的操作使电网供电稳定。简要介绍接地变与备自投原理的同时，着重于10 kV备自投动作后，通过对接地变的二次回路改进使两种设备可以更优化地配合运行，从而提高电网的可靠性。关键词：备自投；接地变；继电保护；二次回路优化A Optimization Method of Coordinated Operation with 10 kV Barbus Automatic Transfer Switch and Grounding TransformerLI Yuankai，LAI Tiande（Shenzhen Power Supply Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）Abstract：At present，since the low-voltage side of the main transformer in the power grid generally adopts delta connection，there is no neutral point that can be grounded.In order to improve the reliability of power supply，the zero sequence current channel is provided，so that the grounding transformer with arc suppression coil or low resistance grounding is adopted.Vital.The automatic standby power input device is an automatic device that can automatically and quickly input the standby power when the power source trips due to a fault.Since the standby automatic switching device will change the operation mode of the primary equipment，when the standby automatic switching action，the dispatcher needs to perform corresponding operations to stabilize the power supply of the grid.This article briefly introduces the principle of grounding transformer and backup automatic switching，and focuses on the 10 kV backup automatic switching operation.Through the improvement of the secondary circuit of the grounding transformer，the two devices can be operated more optimally，thereby improving the reliability of the power grid.Keywords：barbus automatic transfer switch；grounding transformer；relay protection；secondary circuit optimization0 引 言10 kV备自投装置动作时，分段开关闭合，10 kV 母线并列运行，此时接地变也处于并列运行的状态，会使10 kV母线失去零序保护，从而引发更大范围的停电事故。故需要对接地变二次回路进行改进，防止当备自投动作时由于接地变随母线并列运行导致母线失去响应保护的情况。1 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置（简称备自投），分为分段备自投和进线备自投两种模式，且相互独立。 10 kV备自投固定为分段的模式，其中当装置动作 时，根据负荷的分布又分为负荷均分备自投和非均分备自投。通常情况下，当电网正常运行时，10 kV 1M由#1主变供电，#2主变为2AM和2BM供电，3M的电来自#3主变，各个分段开关处于分位状态，如图1所示。当1M失压且满足备自投动作时，若为非分方式，那么备自投先跟跳开关501，确认501断开后，闭合分段开关521。确认521开关处于合位后，备自投动作结束，一次设备运行方式由#1主变带1M，#2主变带2AM和2BM，#3主变带3M变为#2主变带1M，2AM和2BM，#3主变运行方式不变依旧只带3M。当1M失压且满足备自投动作条件时，若为均分方式，那么备自投先跟跳501开关，确认501开关断开后，延时合分段开关521与532，确认521与532处于合位。至此备自投动作结束，一次运行方式变为#2主变带1M和2AM，#3主变带2BM和3M，实现负荷相对均分。同理，当2AM、2BM以及3M失压时，备自投动作运行方式原理与上述一致。2 接地变压器当中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压三角形仍然保持对称，对用户继续工作影响不大，并且电容电流比较小（小于10 A）时，一些瞬时性·　１１　·收稿日期：2020-11-03作者简介：李元开（1995-），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为继电保护技术。Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved. 2020年11月25日第37卷第22期Telecom Power TechnologyＮｏｖ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２２　图1 10 kV电网正常运行，各开关位置状态。接地故障能够自行消失。由于电缆出线多，10 kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10 A后，将带来一系列危害，如单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃会产生弧光接地过电压，持续电弧造成空气的离解易发生相间短路，产生铁磁谐振过电压易烧坏电压互感器。由于一般变电站变低多为三角形连接方式，无法中性点接地，因此为补偿10 kV系统对地电容电流，普遍选用接入Z型接线的接地变压器。其与普通变压器的区别是每相线圈分别绕在两个磁柱上，目的是使零序磁通可以沿磁柱流通，使接地变的零序阻抗很小（10 Ω左右）。得故障被隔离，所以需要10 kV备自投装置与接地变压器之间的配合优化，使两者之间的动作发生更快速准确，显示电网各装置之间自动化配合，同时增强电网可靠性。4 接地变与10 kV备自投动作配合优化4.1 当1M失压，备自投动作3 接地变与10 kV备自投动作配合问题接地变压器对于10 kV电压等级的配置是将D01接在1M上，D02接在2AM上为2AM及2BM提供零序通道，D03接在3M。对于10 kV馈线而言，最常见的故障为接地故障，产生的零序电流由接地变流入大地，被馈线的零序CT采集进入保护装置。但是当备自投动作时（以1M失压备自投动作为例），运行方式变为#2主变带1M与2AM。此时1M上的D01与2AM上的D02出现了并列运行的情况，此时通常情况下，调度端会远程遥控跳开D01开关，此过程需要3～10 min左右。当因网络通信问题等其他原因导致调度端无法及时跳开D01时，需要运行人员现场进行操作断开D01开关，该过程需要1 h左右的时间，而此时10 kV发生接地故障时，由于D01与D02并列运行，零序电流会被分流，同时流过两个接地变，使得故障电流变小，若小于保护定值则出现拒动的情况。同时当调度端遥控错误，跳开D02开关，使D01接地变作为并列运行中1M和2AM的接地保护，但当2AM发生接地故障时，D01动作跳开521开关后延时跳开501开关，并不会跳开#2主变的变低使·　１２　·当1M失压，备自投动作后，无论是均分还是非均分，出现并列运行的接地变是D01与D02，即需要当备自投动作后快速切断D01开关使1M与2AM的零序电流只流经D02。本文通过改进接地变D01的二次回路来实现，解决方案是将备自投动作开出与分段521以及D02开关位置的常开节点串接后，并接至D01开关的跳闸回路中。对于可以反应备自投动作的节点选择，本文提出了4种方案，并针对各种方案进行了分析对比。4.1.1 方案一联系厂家，通过升级装置程序，做出相应开出逻辑，即当备自投判断动作成功后提供相应开出给D01控制回路。此方案可靠性高，但备自投厂家较多，各厂家进行程序研发升级时间相对较长。4.1.2 方案二将时间继电器并接在变低501的跳闸回路中，当501收到保护跳闸命令时，时间继电器励磁，串接至D01跳闸回路的对应节点闭合，经过整定时间延时返回，使得D01开关自动跳开。该方案风险较高，当时间继电器短路，变低501开关跳闸回路由于被短路，因此在发生故障时会出现拒动的情况。方案接线具体如图2所示。4.1.3 方案三通过将时间继电器串接至变低501开关跳闸回路中，将该时间继电器节点作为备自投动作开出的判据，串接到D01控制回路中。该方案风险相对方案Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved. 2020年11月25日第37卷第22期李元开，等：10 kV备自投与接地变的 配合运行优化方法研究主变保护屏B4013-4QD13-4QD24402Telecom Power TechnologyＮｏｖ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２２　控制电源四WF1QK12HA12主变测控柜3CD13CD2TA3-4n:PRS-978A（操作箱）3CD93CD7403J433J3-4QD123-4QD15开关柜合闸遥控合闸遥控分闸开关柜分闸1QKR40134安稳主柜安稳跳闸接地变保护跳闸接地变保护跳闸主变保护屏A1CD161n1KD16433R3-4Q07主变保护A跳闸主变保护B跳闸主变保护屏B1CD191n1KD19KT主变保护屏C5CD75n5KD7主变非电量保护跳闸4053-4CD620 kV备自投1711773DLTBJ40720kVDL开关柜合后位合闸回路跳闸回路3-4PD33-4PD83-4CD43-4CD1437401402控制电源四图2 将时间继电器并接在变低控制回路中二较低，但需要整定时间继电器的阻值配合跳闸变低跳闸线圈阻值，防止由于时间继电器的接入使得变低跳闸线圈分压降低而无法跳开。方案接线具体如图3和图4所示。4.1.4 方案四通过备自投装置备用的开出节点励磁时间继电器，时间继电器节点作为备自投动作节点，延时返回串接到D01跳闸回路中，实现自动化跳闸。该方案风险小，但受装置本身影响较大，部分备自投装置无备用的跳闸节点。方案接线具体如图5所示。综上所述，方案一风险较低，可靠性高，部分升级方便快速的装置厂家可以采用该方案，对于有备用跳闸出口的备自投装置，可以采用更可靠的方案四，但需要与相应专业沟通整定准确的继电器返回时间。整体动作流程如下，当1M失压时，备自投动作首先跳变低501，相应节点闭合后延时返回，然后闭合分段521开关，相应开关辅助节点闭合，#2接地变开关常开节点处于闭合状态。所以当1M失压导致备自投动作时，正电会从#1接地变操作箱出发，经过备自投动作节点、521开关位置节点以及D02开关位置节点后回到操作箱，接入D01跳闸回路，使跳闸线圈励磁。#1接地变开关跳开，使1M，2AM并列运行时，只有#2接地变为两条母线提供零序通道，防止当接地故障产生时，零序电流由于分流产生保护拒动。4.2 当2AM失压，备自投动作当2AM失压，备自投动作，跟跳502A开关后闭合分段521开关。此时D01与D02出现并列运行的情况，即需要在备自投动作后切除D02使D01作为1M与2AM并列运行后的零序通道。解决方案是将备自投跳502A开关的跳闸节点与分段521以及D01开关位置的常开节点串接后，接至D02开关的跳闸回路。4.3 当2BM失压，备自投动作由于D02处于2AM上，当2BM失压，502B断开，分段532开关合位，使2BM与3M并列运行，且两条母线通过D03提供零序电流通道，因此无需进行改进。4.4 当3M失压，备自投非均分动作当3M失压，备自投非均分动作时，503开关断开，分段532开关合位，使得2AM、2BM以及3M并列运行，此时D02与D03并列运行，故可以将备自投跳503开关的跳闸节点、开关D02以及532开关的常开·　１３　·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.3DL控制回路 2020年11月25日第37卷第22期Telecom Power Technology主变保护屏B3-4QD13-4QD24402Ｎｏｖ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２２　控制电源四WF1QK121QKR401HA12主变测控柜403J433J开关柜合闸3CD93CD73-4QD123-4QD153-4n:PRS-978A（操作箱）遥控合闸遥控分闸开关柜分闸343CD13CD2TA安稳主柜接地变保护跳闸主变保护屏A1CD161n1KD16433R3-4Q07接地变保护跳闸主变保护A跳闸主变保护B跳闸主变非电量保护跳闸主变保护屏B1CD191n1KD19主变保护屏C5CD75n5KD7KT3-4CD620 kV备自投1713-4PD31773-4PD83-4CD43-4CD140743740120kVDL开关柜4024053DLTBJ合后位合闸回路跳闸回路控制电源四图3 将时间继电器串接在变低控制回路中L+1n1MCB101控制电源+801L+1n1MCB101控制电源+801KT备自投跳501备用出口控制电源-8093DL控制回路安稳跳闸8091S1211QK2HA121n103J1LP11手合/遥合211LP12手分/遥跳21PCS-9621NYHJYTJ915913810 1S1211QK2HA121n103J1LP11手合/遥合211LP12手分/遥跳2131QK4914912TA12PCS-9621NYHJYTJ91591381080431QK4914912TA12804133J803133J80321备自投动作自动切D01压板时间继电器节点开关521常开辅助节点D02常开辅助节点80221备自投动作自动切D01压板时间继电器节点开关521常开辅助节点D02常开辅助节点802 图4 利用时间继电器节点作为备自投开出 图5 利用备用跳闸出口励磁时间继电器位置节点串接后并接至D03开关的跳闸回路中。4.5 当3M失压，备自投均分动作当3M失压，备自投均分动作后，一次设备的运行状态为1M和2AM由#1主变供电，2BM和3M由#2主变供电，因此只会出现D01与D02并列运行的情况，与1M失压备自投动作的解决方案一致。·　１４　·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved. 2020年11月25日第37卷第22期李元开，等：10 kV备自投与接地变的 配合运行优化方法研究Telecom Power TechnologyＮｏｖ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２２　5 结 论本文针对10 kV系统，通过改进接地变控制回路，即在接地变压器跳闸回路接入相应的节点，避免了当10 kV母线失压，备自投装置动作时，两台接地变并列运行。保障了10 kV系统接地故障发生时，接地变可以可靠动作，提高了系统的可靠性。参考文献：[1] 亓 才，牟 黎，马彦飞，等.10 kV小电阻接地系统备自投控制逻辑优化[J].国网技术学院学报，2019，22（6）：5-8.[2] 沈明军.基于电力系统备自投实现功能原理概述[J].电子制作，2019（22）：73-74，81.[3] 夏业波.110 kV变电站备自投原理及其二次回路探讨[J].科技与创新，2019（16）：132-133.[4] 潘伟勇.备自投装置原理及运行分析[J].电工技术，2017（1）：84-85，91.[5] 王 龙.变电站综合自动化系统的备自投原理概述[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（4）：24-25.[6] 吴金玉，高金伟，王君安，等.中性点经消弧线圈接地变压器的电流分析与整定[A].山东电机工程学会.山东电机工程学会第五届供电专业学术交流会论文集[C].山东电机工程学会：山东省科学技术协会，2008.[7] 唐国庆，唐 磊，林 炯.小电阻接地系统中性点故障分析及管控措施[J].电工技术，2020（5）：92-94.[8] 唐映媚.浅析接地变的作用及保护的配置[J].科学技术创新，2020（17）：152-153.[9] 钟宝华，危 乐.10 kV配电网消弧并小电阻接地系统存在问题及解决对策[J].机电信息，2020（27）：26-27.[10] 罗周维，李奇艳.一起接地变保护越级跳闸原因分析[J].电工技术，2020（1）：83-84，88.（上接第10页）[2] 张其梅.计算机网络拓扑结构的选择[J].信息通信，2012（1）：106.[3] 魏晋强.基于星型结构的计算机网络拓扑结构研究[J].江西电力职业技术学院学报，2019，32（12）：14-15.[4] 杨续波.交换机的级联与堆叠[J].企业技术开发，2006（6）：17-19.[5] 王龙珍，孙志军，杨 静，等.OSPF协议在构建大中型网络中的应用分析[J].现代信息科技，2020，4（15）：73-75.[6] 新华三技术有限公司.OSPF GR技术白皮书[R/OL].（2019）[2020-10-13].https：//www.h3c.com/cn/Service/Document_Software/Document_Center/Home/Switches/00-Public/Trending/White_Paper/OSPF_GR_White_Paper-6W100/.[7] 王龙珍.VRRP协议在构建大中型网络中的具体应用[J].信息与电脑（理论版），2020，32（18）：32-35.[8] 汪双文，张振武，马 颉.浅谈交换机堆叠与VRRP[J].网络安全和信息化，2019（12）：64-66.[9] 新华三技术有限公司.VRRP技术白皮书[R/OL].（2019）[2020-10-13].https：//www.h3c.com/cn/Service/Document_Software/Document_Center/Home/Switches/00-Public/Trending/White_Paper/VRRP_White_Paper-6W100/.[10] 王 征，林叶锋，钱亚良.云计算中心新型组网及案例实践[A].中国通信学会通信管理委员会.宽带中国战略与创新学术研讨会（30）论文集[C].中国通信学会通信管理委员会：中国通信学会通信管理委员会，2012.·　１５　·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. 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