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10KV配电变压器接地环的设计
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一、问题的提出为防止小动物事故和人身伤亡事故，金华电网于2001年开始推广10KV配电变压器高低压桩头装设绝缘护罩和绝缘引下线（或交联电缆）的装置标准，为了能在10KV配变高压侧悬挂接地线，通常在10KV跌落式熔断器（令克）下桩头位置安装了接地环，然而标准接地环在这个特殊安装位置不宜使用，于是各厂家均设计了各式各样的非标接地环，在试用当中笔者均觉得有缺陷，为此在2002年设计了一个特殊规格的接地环，在此介绍给同行供大家参考。二、应用分析10KV配电变压器的高压侧装有跌落式熔断器，为防止操作时三相引下线抖动而引起相间拉弧，三相跌落式熔断器间的水平距离一般不小于500mm；为了便于操作，跌落式熔断器的轴线与水平面垂直线成15°－30°倾角。按照《电力安全工作规程》，当10KV配变停电检修时须在设备高低压两侧悬挂接地线，10KV配变绝缘化之后，其高压侧的接地线悬挂点，大多选择在高压跌落式熔断器下桩头加装接地环，该安装方式优点是借用跌落式熔断器下桩头的接线螺栓（跌落式熔断器型号为PRWG1-12F/100-6.3,浙西高压电器厂制造），易于改造，特别是当10KV配变引下线采用10KV交联电缆时，安装位置别无选择。标准接地环一般规格为226mm×76mm，连接部位铜铝过渡，与下端矩形环体浇铸一体，在同一立面上。该接地环不宜在高压跌落式熔断器下端安装使用，主要原因有两个：1、尺寸偏大，标准接地环连接板偏宽（40mm），设备装置不美观，安装上以后降低跌落式熔断器操作时的稳定性，相间距离也减小较多。2、连接板与矩形环在同一立面，安装以后接地环与跌落式熔断器一样――轴线与水平面垂直线成15°－30°倾角，设备装置不美观，另外当挂上笨重的接地线后，有一个与接地环立面垂直的分作用力，日积月累易使接地环断裂。因此，绝缘护罩的生产厂家设计出各式各样的非标接地环，形状有L形或缩小的标准矩形接地环，制作材料采用铜或铝，厂家改进的出发点均针对上述第一个缺点，但未考虑第二个缺点。三、接地环的设计及优点针对上述分析，经过多次现场试验，笔者设计了如图1、2所示的接地环，整个接地环由安装板和环体两部分组成，两者套装后用两侧螺母固定；接地环制作材料采用优质紫铜，表面经过处理，不易氧化，耐污性能好，主要优点如下：1、安装板与环体可以多角度调节，现场安装时根据跌落式熔断器倾斜角度，将环体立面调节至与水平面垂直，然后拧紧两侧螺母固定即可；保证接地线的作用力与环体在同一立面上，跌落式熔断器下端不再有长长的尾部，装置上也比较美观。2、减小接地环尺寸，保证相间安全距离，同时尽量保证悬挂接地线时操作方便。3、保证接地环与接地线夹头有较小的接触电阻，试验测量得到其接触电阻一般为0.04Ω－0.6Ω。4、接地环安装板不需铜铝过渡工艺（跌落式熔断器下桩头为铜制），可降低制造成本。5、环体用Φ8mm铜棒弯折而成，机械强度高。由于接地环安装在令克下桩头位置，为了防止拆接地线时操作绝缘棒用力过猛上窜的不安全行为，我们在接地线绝缘操作棒夹头选型上采用螺旋式而不是卡扣式（见图3）。四、结束语悬挂接地线是保证安全的技术措施之一，该接地环已经在义乌供电局七百多台配变台区运行三周年多（见图4），未发生令克或接地环断裂事故，设备安全可靠，解决了10KV配电变压器绝缘化后悬挂接地线的难题。
来源：中国电力资料网
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城市电网10kV低阻接地系统中接地变压器零序保护接线方案
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摘要：为了抑制单相接地时产生的过电压幅值，某些大城市的10kV电网开始采用低阻接地的接线方式。本文分析了经接地变压器低阻接地方式的城市变电所中，其10kV母线不同位置接地时的零序电流流向以及接地变压器的零序保护逻辑方案，提出采用零序电流方向保护作为主变压器低压侧为双分支接线方式的接地变压器零序保护，使保护具有选择性，从而提高了对用户供电的可靠性。关键词：低阻接地；接地变压器；零序电流方向；保护逻辑　　
1引言　　随着电力负荷的迅速增长，城市电网建设正如日中天。由于城市电网规模不断地扩建和延伸，受城区规划、环保和场地等条件制约，市区变电所越来越多地采用电缆馈线，以致10kV系统单相对地电容电流大幅度增加。为抑制单相接地时产生的过电压幅值，一些大城市的10kV电网开始采用低阻接地(接地故障电流约为400～600A)接线方式，以便当10kV系统发生接地时，根据接地点所在位置，由相应零序保护有选择性动作将接地故障隔离，以防电弧重燃引发过电压，保证电网中健全设备安全供电。通常城市变电所主变压器(以下简称“主变”)10kV侧为三角形接线，无中性点引出，为能形成人为中性点经小电阻接地，需配置ZN型接线的接地变压器(以下简称“曲折变”)。　　本文就城市电网10kV低阻接地系统中曲折变零序保护接线方案作些探讨。讨论所依据的主接线图中曲折变和所用变压器分别设置，以减少曲折变的停电几率，保证10kV接地系统稳定运行；并假定系统发生金属性直接接地，各相参数对称；同时忽略电缆馈线的电阻和绝缘泄漏电阻，接地故障时仅计及各段10kV系统单相等效电容对接地电流的影响。　　
2110kV变电所中的曲折变零序保护　　2．1110kV变电所的10kV电气主接线110kV变电所的10kV电气主接线通常采用图1单母线四分段接线，＃1、＃3主变低压侧不带分支直接接于10kV母线，＃2主变低压侧带双分支各接一段10kV母线。每台主变10kV引线上各设置1台曲折变用于引接接地电阻。　　
　　2．2曲折变零序保护方案曲折变的零序保护用于10kV系统单相接地保护，按图1中主变10kV侧接线方式，可分为单分支进线的曲折变零序保护和双分支进线的曲折变零序保护两种方案。2．2．1单分支进线的曲折变零序保护方案　　单分支进线的曲折变只需装设零序过电流保护，保护由接于曲折变中性线电流互感器的过流继电器构成，其动作时限应考虑与10kV馈线的零序过流保护相配合，保护动作后以较短时限跳开10kV分段断路器，并闭锁备用电源自动投入装置；第二时限跳开主变低压侧断路器(根据实际情况也可以不设这段时限)；第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。此保护接线简单，动作可靠，能有效隔离故障。当然如单相接地故障发生于图1中主变低压侧及其引线k1处，按理此时不必动作10kV分段断路器及闭锁备用电源自动投入装置，只要跳开主变高、低压侧断路器已可将故障隔离，但为了简化保护，允许此处发生接地故障时按母线接地等同处理。2．2．2双分支进线的曲折变零序保护方案　　对采用双分支进线的＃2主变，其曲折变零序保护接线方案讨论如下：(1)曲折变中性线零序过电流保护方案　　此方案沿袭当前普遍通行的设计，保护接于曲折变中性线电流互感器，它与单分支进线的曲折变零序保护方案相同，当10kV系统发生接地故障，保护以较短时限同时动作于A、B段分段断路器跳闸，并闭锁各段备用电源自动投入装置；第二时限同时跳开主变低压侧的A、B分支断路器；第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。众所周知，＃2主变10kV侧之所以分成A、B两个分支是为了提高对用户供电的可靠性，即当A段母线k2处发生接地故障或该段馈出线接地且其保护或断路器拒动，只要求跳开A段分段断路器和分支断路器并闭锁该段备用电源自动投入装置就可将故障隔离，勿需牵及B段设备同时跳闸，＃2主变可继续保证对B段用户供电。无疑作为双分支进线的曲折变零序保护，本方案保护动作方式不尽人意，没有积极体现电气主接线设计意图，降低了对用户供电的可靠性。(2)主变低压侧分支零序过电流保护方案　　此方案需在每一分支上装设零序过电流保护，接线也较简单，每段进线的零序过流继电器分别接入主变低压侧各分支电流互感器零序电流接线。图2画出了110kV变电所中10kV母线各处短路时的零序等值电路。图中TAA、TAB分别表示由A、B分支电流互感器零序电流接线，RN为曲折变中性点接地电阻，CA、CB分别为10kV各段馈电系统单相等效电容，U0为接地点的零序电压，IRN为流经曲折变的接地电流，ICA、ICB分别为A、B各段馈电系统等效电容提供的接地电流。　　如图2(a)所示，当A(或B)段k2处发生接地故障时，各分支TA中都有接地故障电流通过，但电流数值大小不同。与接地故障段直接相连的A(或B)分支TAA(或TAB)中流过的电流为流经曲折变的接地故障电流IRN加上另一段馈电系统的电容电流ICB(或ICA)，与接地故障段不直接相连的B(或A)分支TAB(或TAA)中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流ICB(或ICA)，为使保护动作具有选择性，显然各分支零序过流保护整定电流应大于本段馈电系统等效电容提供的接地电流。然而当图2(b)中所示k3处发生接地故障，曲折变中通过的接地故障电流已不流经任何分支电流互感器，各分支TA中流过的电流仅为本段馈电系统的电容电流，根据以上整定原则，各分支的零序过电流保护不会启动。可知此保护接线原理存在缺陷，根本无法清除k3处的接地故障电流，事实上不能采用。　　
(3)零序电流方向保护方案　　进一步分析图2中的零序电流流向，可以看出流经各分支的零序电流方向将随接地点的不同而改变。即当k2处接地时，与接地故障处直接相连分支零序电流方向指向10kV母线，非直接相连分支的零序电流方向背离10kV母线；而当k3处接地时，各分支的零序电流方向均背离10kV母线。但无论何处接地，曲折变中性线上总有接地电流通过且方向不会改变。因此可采用图3所示逻辑构成零序电流方向保护，其中零序电流I0采自曲折变中性线电流互感器，零序方向P0A(或P0B)由各分支电流互感器零序电流接线的I0A(或I0B)和相应母线段的U0A(或U0B)产生，正方向指向各自10kV母线。当k2处发生接地，与接地故障段直接相连分支的零序方向P0A以及曲折变中性线的零序电流会同时动作，经“与”门启动相关保护出口，动作方式与单分支接线的曲折变零序保护相同，但其动作对象仅与故障段设备有关，不会扩大故障停电范围，主变仍能继续对非故障段用户供电。当k3处发生接地时，因为各段馈电系统的电容电流均由10kV母线流向k3处，即A(或B)分支中零序电流方向都反向，各段“与”门均被闭锁，但由于曲折变中性线零序过电流启动，经t4延时后即可全跳变压器高、低压各侧断路器将故障隔离，随后各段母线备用电源自投装置相继动作，由相应主变恢复对10kV负荷供电，从而提高了对用户供电的可靠性。　　
　　经对以上各方案讨论可知，为满足继电保护选择性和可靠性要求，有效隔离接地故障，当主变低压侧为双分支进线时，推荐采用零序电流方向保护作为曲折变的零序保护。　　
3220kV变电所的曲折变零序保护　　3．1220kV变电所的10kV电气主接线220kV变电所的10kV电气主接线见图4。考虑到不致因曲折变故障而影响220kV和110kV系统运行，220kV变电所中曲折变接于10kV母线段而不从主变低压侧出线处引接。同时由于220kV变电所每台主变的10kV母线均分成A、B两个半段，为保证任何工况下每台主变只接一台曲折变，即只允许一个人为接地点运行，曲折变按奇偶原则分别接于各自主变相对应的10kV母线段上。　　
　　3．2曲折变零序保护方案　　图4中220kV变电所各主变接线方式类同，各曲折变的零序保护方案基本一致，故仍以＃2主变为例。与前面讨论过的110kV主变低压侧为双分支进线的曲折变零序保护一样，若仅在曲折变中性线上装设简单的零序过电流保护，某些情况下当系统发生单相接地时会扩大故障停电范围，以致分段断路器及相应的备用电源自动投入装置不能很好地发挥作用，从而降低了对用户供电的可靠性，因此原则上220kV变电所的曲折变也需装设零序电流方向保护。但因220kV变电所和110kV变电所的曲折变接线形式有所不同，对此还需作些讨论。图5画出了220kV变电所10kV侧不同地点单相接地时的等值电路图，其中图5(a)为未接曲折变的母线段单相接地等值电路，图5(b)则是接有曲折变的母线段单相接地等值电路，图5(c)表示主变低压侧至分支电流互感器引线间单相接地等值电路。图中除TA0表示曲折变中性线上电流互感器外，其他文字标注与图2相同。　　
依据图5，可将不同地点接地时流经各电流互感器一次侧的电流方向列表如表1。　　
　　由表1所示电流不难看出，只有10kV母线发生接地且与接地段直接相连的分支其零序电流才自母线端流出，其他情况分支的零序电流均从母线端流入。当设定零序电流自母线端流出的方向为正，则220kV变电所曲折变的零序保护逻辑与图3中设计的逻辑完全一致。为进一步阐明问题，可用叠加原理将10kV系统接地时的等值电路分解成曲折变部分等值电路和10kV系统电容部分等值电路(见图6。图中用虚线表示110kV主变的曲折变及其接地电流)。尽管220kV主变和110kV主变的曲折变接线位置有所不同，但图6(b)中流经各自曲折变中性线TA的接地电流情况相同，与接地处无关，且k1处接地时流经接地段分支TA的零序电流方向也相同(为了简化，图中没有画出)；当k2处接地，只有110kV主变的曲折变接地电流流经接地段分支TA，方向自母线端流出，助增了接地段分支零序方向启动；而k3处接地，则只有220kV主变的曲折变接地电流流经分支TA，但其方向从母线端流入，有助于零序电流方向不动作。所以不论曲折变接于何处，曲折变的接地电流不会阻扰各分支零序电流方向正确动作。图6(c)则与曲折变接入位置无关，但从图中10kV系统电容电流的流向可知(图中仅表示k1处接地的电容电流)，正是它主导了各分支的零序电流方向。故此220kV主变和110kV主变的曲折变零序电流方向保护逻辑完全相同。　　
　　总之，按图3设计的保护逻辑方案动作对象确切，不会扩大事故停电范围，能较好地满足用户对供电质量的要求，适用于220kV或110kV主变低压侧为双分支接线的曲折变零序保护。但目前制造厂尚无此相应系列产品，对于微机系列保护，用软件实现上述逻辑并不困难，建议厂家积极开发这一产品以满足市场需求。　　此外还需说明，以上分析仅基于金属性接地故障，在制造及运行中应考虑过渡电阻等因素对零序电流方向的影响。另外，电流互感器断线可能使零序电流方向误动，因此尚需考虑电流互感器断线闭锁措施。　　
4结论　　城市电网10kV低阻接地系统的曲折变零序电流保护方案归纳如下：　　(1)接于曲折变中性线电流互感器的零序过电流保护方案，接线简单，适用于主变低压侧不带分支(即单分支)接线的曲折变零序保护；　　(2)为了避免10kV系统单相接地时扩大故障停电范围，提高对用户供电的可靠性，110kV变电所　　中当主变低压侧采用双分支接线时，推荐采用零序电流方向保护作为曲折变零序保护方案；　　(3)220kV变电所的曲折变也推荐采用零序电流方向保护作为10kV系统接地故障保护，以缩小接地故障停电范围，保证供电可靠性；　　(4)本文讨论的220kV和110kV主变低压侧为双分支接线的曲折变零序电流方向保护逻辑完全相同，其中零序电流采自曲折变中性线电流互感器，零序方向则由流过各分支电流互感器零序电流接线的电流和相应母线段的零序电压构成，方向指向各自10kV母线。　　(5)建议厂家积极开发适合城市电网10kV低阻接地系统的曲折变零序保护产品，以满足市场对保护选择性提出的要求。　　
　　参考文献　　
［1］李润先．中压电网系统接地实用技术［M］．北京：中国电力出版社，2002．　　［2］范迎青，高文逸．6～10kV电网中性点经中电阻接地的单相接地保护［J］．电力自动化设备，)．
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浅谈10kV配电变压器台接地电阻阻值
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　　配电接地装置中，分别为过电压保护接地(也称防雷保护接地)、外壳保护接地(也称安全接地)，以及低压侧中性点工作接地(也称系统接地，对两线一地系统B相接地也属此类)。要求接地是一致的，但完成的任务并不相同，要使接地起到应有的作用，就要采用一定，组成接地装置，而且原则要求不同用途不同电压的电器，应使用一个公共接地装置，接地电阻取其中最小值或符合一定要求。 1、 三线系统
　　(1)防雷接地。 　　工作或保护接地是导泄工频短路电流入地的，而防雷接地是导泄雷电流入地的。对避雷针、避雷线导泄雷电流流过接地装置时电压降往往高多，会对某些绝缘弱点绝缘间隙产生反击，所以要装设独立接地体；而避雷器放电间隙的导泄电流一般都在电气绝缘耐雷水平之内，不大会造成反击，一般可将工作或保护接地合用。此外，防雷保护接地接地线首先应与设备外壳连接，然后与接地装置连接，这样，设备绝缘上承受的过电压只是避雷器本身的残压，而雷电流在接地电阻上的电压降并没有作用在设备绝缘上。100kVA及以下变压器的避雷器防雷工频接地接地电阻值一般不大于10Ω。 　　(2)保护和工作接地。 　　保护接地和工作接地电阻允许值是根据单相接地电流的大小、接地装置上出现过电压时间长短和接触机率多少而制定。 　　在大电流接地系统中，单相接地电流一般在500A以上，Rjd=2000/Ijd，假如Ijd≥4000A，则Rjd＜0.5Ω，即使如此，Ujd=0.5×V，仍然很危险，但进一步降低Rjd困难很大，实际上在这种系统中采用的方法是：一方面快速切断短路故障，短路持续时极短，大大降低了触电致伤危险。另一方面，采用均压措施降低接触电势和跨步电势。 　　在小电流接地系统中，如果1000V以上设备与1000V以下设备共用接地时：Rjd≤120Ijd(Ω)。如果只用于1000V以上设备时，Rjd≤250Ijd(Ω)。上述规定的不同是考虑在低压装置中人与电气设备接触的机会比较多而定。 　　因此，对高压中性点不接地系统的电网，单相接地电流通常不超过30A，所以Rjd≤120/Ijd(Ω)=4Ω。 　　一般要求当S≥100kVA时，Rjd≤4Ω；当S＜100kVA时，Rjd≤10Ω。 　　综上所述，在三线制10kV配电变压器台上，当总容量不超过100kVA时，Rjd≤10Ω；当总容量超过100kVA时，Rjd≤4Ω。 2、两线一地系统 　　两线一地系统变压器接地示意图同三线系统区别在于一次侧B相接地将大地作为一相导线。防雷接地与保护接地的阻值要求同三线系统一致。现在讨论一下B相工作接地允许电阻值。 　　由于B相为工作接地，且持续流过工作电流，即变压器一次额定电流，因此必须长期保持接地装置上的压降不得超过安全电压50V。 　　即Rjd≤50/I，I为一次额定工作电流。 　　通过计算，S＜100kVA时，Rjd范围为10.82～86.66Ω；100kVA≤S≤200kVA时，Rjd范围为4.33～8.66Ω；S＞200时，Rjd≤50/I。 　　按最小值原则，S＜100kVA时，取Rjd≤10Ω；100kVA≤S≤200kVA时，取Rjd≤4Ω；S＞200时，取Rjd≤50/I。 　　结论：对三线系统或两线一地系统，其接地装置允许电阻值按表
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