本發(fā)明涉及110kV中性點經(jīng)電阻接地配電網(wǎng)，尤其是一種用于多側電源供電的中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，且能確保零序方向電流保護正確判斷故障點方位的零序方向元件。

背景技術：
我國110kV配電網(wǎng)一般采用中性點直接接地的方式運行，這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，負荷側三相電壓出現(xiàn)明顯不對稱，電壓暫降嚴重。近年來隨著變頻調速設備和計算機控制的各種自動生產(chǎn)線等敏感性負荷的大量使用，電壓暫降已成為一個重要的電能質量問題，幾個周期的電壓暫降都將影響到一些企業(yè)用電設備的正常運行，造成產(chǎn)品質量下降，生產(chǎn)線紊亂或中斷，頻繁發(fā)生的電壓暫降給用戶造成了巨大的經(jīng)濟損失。110kV系統(tǒng)采用中性點直接接地方式已無法滿足敏感性負荷的供電要求。理論研究和實際運行已經(jīng)證明，采用110kV系統(tǒng)電源側中性點經(jīng)合適的電阻接地的方式，能有效限制單相接地故障時的電壓暫降，明顯提高系統(tǒng)的供電質量。但是，由于按照這一要求選擇的中性點接地電阻值一般遠大于系統(tǒng)的零序電抗值，致使零序阻抗角發(fā)生很大的改變，導致零序方向元件的動作特性和最大靈敏角不同于中性點直接接地系統(tǒng)，若將原保護裝置中的零序方向元件直接用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，則可能出現(xiàn)零序方向電流保護的誤動或拒動,從而威脅到配電系統(tǒng)的安全運行。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是要解決當前110kV配電網(wǎng)中，將中性點直接接地方式改變?yōu)榻?jīng)電阻接地方式后，現(xiàn)有的零序方向元件直接用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)時，會出現(xiàn)誤動區(qū)和拒動區(qū)，從而導致零序方向電流保護出現(xiàn)誤動或拒動,威脅配電網(wǎng)的安全運行問題，為此提供一種用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，能夠確保零序方向電流保護正確判斷故障點方位的零序方向元件。本發(fā)明的具體方案是：在一個多側電源(兩個或以上電源)供電的110kV中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，110kV線路兩側都裝有零序方向元件，利用線路保護正方向或反方向發(fā)生接地故障時，流過線路保護裝置的零序電流與零序電壓相位差的不同，來區(qū)分故障點的位置；保護正向故障時，零序方向元件動作，與零序電流元件和時間元件配合去接通斷路器的跳閘回路；反向故障時，零序方向元件不動作，從而閉鎖斷路器的跳閘回路。110kV中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)零序方向元件的特征是：其最大靈敏角設定為180°，動作判據(jù)為其中零序電壓的參考正方向為母線指向大地，零序電流的參考正方向為從保護安裝處的母線指向被保護的線路；中性點接地電阻的選擇必須滿足條件：RN≥11X1N/3(其中RN為單個中性點的接地電阻值，N為系統(tǒng)接地電阻的個數(shù)，X1為系統(tǒng)的最大等效正序電抗)，如此選擇的中性點接地電阻值，能使系統(tǒng)在各種運行方式下，110kV側發(fā)生最常見的單相接地故障時，負荷側的三相電壓跌落都不超過額定電壓的-10％，滿足系統(tǒng)電壓波動范圍的要求，明顯提高配電網(wǎng)的電能質量。本發(fā)明的意義在于：在110kV配電網(wǎng)的改造中，將中性點接地方式改為經(jīng)電阻接地后，不必更換線路原來使用的線路保護裝置及其外部接線，只需通過軟件修改零序方向元件的最大靈敏角和動作判據(jù)，就能改變零序方向元件的動作特性，確保零序方向電流保護正確判斷故障點方位，消除原線路保護裝置中零序方向元件用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)時出現(xiàn)的誤動區(qū)和拒動區(qū)，確保了零序電流保護動作的正確性，從而提高了配電網(wǎng)安全運行的可靠性，為我國110kV配電網(wǎng)改造采用中性點經(jīng)電阻接地方式來提高供電質量，節(jié)省了更換線路保護裝置的投資，并提供了可操作性。附圖說明圖1是本發(fā)明適用的典型一次系統(tǒng)圖和零序電壓的大小與分布的示意圖；圖2是圖1的零序等值電路的示意圖(在圖中標注了線路保護裝置安裝處零序電流、電壓的參考正方向)；圖3是本發(fā)明中輸電線路f1(保護正方向)處發(fā)生單相接地故障時，零序電壓與零序電流的相量示意圖；圖4是本發(fā)明中中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的零序方向元件的動作特性示意圖；圖5是當前在中性點直接接地的110kV配電網(wǎng)中，零序方向元件的動作特性示意圖；圖6是現(xiàn)有保護裝置的零序方向元件直接用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)時，零序方向元件出現(xiàn)的誤動區(qū)和拒動區(qū)的分布示意圖。具體實施方式本實施例以雙側電源的110kV中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)為例對零序方向元件的動作特性進行描述。參見圖1，本發(fā)明包括有系統(tǒng)主電源和降壓變電站、輸電線路、升壓變電站和當?shù)仉娫碐,降壓變電站的降壓變壓器T1一次繞組與220kV系統(tǒng)主電源相連，升壓變電站的升壓變壓器T2一次繞組與當?shù)仉娫碐相連，降壓、升壓變壓器二次繞組的中性點均分別經(jīng)接地電阻RN接地；所述輸電線路連接在兩個變電站的110kV交流母線W1、W2之間，特別是：在輸電線路的兩端分別配置有一號、二號線路保護裝置，在圖1中，一號、二號線路保護裝置分別用帶有標號1和標號2的方框表示；且一號、二號線路保護裝置中零序方向元件的最大靈敏角均設定為180°,零序方向元件的動作判據(jù)為在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，零序電壓的參考正方向為母線指向大地，零序電流的參考正方向為從保護安裝處的母線指向被保護的線路；接地電阻RN≥11X1N/3(其推導過程見申請?zhí)枮椋?01310678334.X的專利申請文件)，其中RN為單個中性點的接地電阻值，N為系統(tǒng)接地電阻的個數(shù)，X1為系統(tǒng)的最大等效正序電抗。對于110kV的配電網(wǎng)而言，采用中性點經(jīng)電阻接地方式時，按照消除和抑制單相接地故障電壓跌落的約束條件RN≥11X1N/3選擇的接地電阻值一般會遠大于系統(tǒng)的零序電抗，從而使系統(tǒng)的零序電抗與零序電阻參數(shù)之比發(fā)生很大變化，導致系統(tǒng)的零序電壓、電流的大小和分布以及它們之間的相位差不同于中性點直接接地系統(tǒng)。下面結合實施例對雙側電源的110kV中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的零序方向元件動作特性作進一步描述。(1)零序電壓電流的大小與分布及相位差。當110kV中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，與故障點有直接電氣聯(lián)系的母線和中性點上都會出現(xiàn)零序電壓。如圖1所示，當f1點發(fā)生金屬性單相接地故障時，其零序電壓的大小和分布如圖中所示：故障點處的零序電壓Uf0≈Up(正常相電壓)，由于一般系統(tǒng)的零序阻抗遠小于中性點的等效接地電阻3RN，因此零序電壓主要降落在110kV中性點上，即中性點電壓線路保護安裝處(一號或二號線路保護裝置)的零序測量電壓也與故障點處的零序電壓近似相等，其參考正方向為母線指向大地。在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，故障點的零序電壓源將通過大地和中性點接地電阻以及與故障點有直接電氣聯(lián)系的線路、變壓器構成零序電流的回路，如圖1系統(tǒng)中線路f1處發(fā)生單相接地故障時，對應的零序等值電路如圖2所示:圖中Xs.0為220kV系統(tǒng)的等值零序電抗；X1.0、X2.0、X3.0為降壓變壓器T1的高、中、低壓側繞組漏抗；Xl1、Xl2分別為故障點f1至兩端保護安裝處的線路零序電抗；XT2為升壓變壓器T2的零序等值電抗；3RN為變壓器110kV側中性點的零序等效電阻。設零序電流的正方向為從保護安裝處(一號線路保護裝置)的母線指向被保護的線路，當本線路內部f1處發(fā)生單相接地故障時，按所規(guī)定的零序電壓、電流參考正方向，流過一號線路保護裝置的零序方向元件處的零序電流為：由于根據(jù)防止電壓跌落以及過電壓要求選擇的中性點等效接地電阻值3RN遠大于線路和變壓器的零序等值電抗，所以中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的零序阻抗角與的相位關系如圖3所示：并且由于受到中性點接地電阻的限制，其零序電流值要比中性點直接接地系統(tǒng)小得多。同理分析二號線路保護裝置安裝處的和也可得出相同結論，即：在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，保護的正方向發(fā)生接地故障時，保護安裝處的零序電壓超前于零序電流大約180°，即正向零序阻抗角當在圖2中f2處發(fā)生接地故障時，對于一號線路保護裝置而言是反方向故障，這時流過一號線路保護裝置的零序電流為：同樣，由于3RN遠大于升壓變壓器T2和線路的零序等值電抗，因此反向故障時，保護安裝處的零序電壓與零序電流相位差角近似為0°，即差不多同相位。(2)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的零序方向元件動作特性。零序方向元件應保證正向接地故障時可靠靈敏的動作，反向接地故障時可靠不動作，為了達到這一目的，一般設零序方向元件的最大靈敏角為正向故障的零序阻抗角，即考慮系統(tǒng)各種因素的影響(如電壓、電流互感器角誤差，系統(tǒng)中元件電抗參數(shù)的影響等)，正向故障時與不一定正好反相，反向故障時也不一定正好同相，為保證正向故障時零序方向元件能可靠動作，在最大靈敏角基礎上±90°，即動作判據(jù)為：其動作特性如圖4所示：其中左半平面陰影部分為中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)零序方向元件的動作區(qū)，用D1表示，右半平面為不動作區(qū)，用D0表示。(3)中性點直接接地系統(tǒng)零序方向元件的誤動、拒動區(qū)。在中性點直接接地系統(tǒng)中，110kV線路保護裝置的零序阻抗角一般設為75°左右，零序方向元件的最大靈敏角為255°(180°+75°)，其動作特性如圖5所示，圖5中Z1表示動作區(qū)，Z0表示不動作區(qū)：動作判據(jù)為：若將這種零序功率方向元件直接用于中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，則正向故障時，在范圍內可能發(fā)生拒動，反向故障時，在范圍內可能發(fā)生誤動，其拒動區(qū)、誤動區(qū)如圖6中陰影區(qū)域所示，其中拒動區(qū)用W0表示，誤動區(qū)用W1表示。由此，要對當前中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中零序功率方向元件的最大靈敏角進行調整，從而確保配電網(wǎng)的安全運行。綜上所述，在將110kV中性點直接接地系統(tǒng)改造為中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)時，為了保證零序方向元件動作的正確性，應將原線路保護裝置的零序方向元件的最大靈敏角調整為180°，動作判據(jù)改為以保證零序方向電流保護動作的正確性，確保系統(tǒng)的安全可靠運行。應當指出的是，以上所述的中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)零序方向元件的原理僅是以雙側電源的系統(tǒng)為例進行討論的，由于任何多個電源的實際系統(tǒng)總是能通過網(wǎng)絡變換的方法化簡成一個雙端電源的等效網(wǎng)絡，所以本發(fā)明中零序方向元件最大靈敏角的選擇和動作判據(jù)還可運用于多側電源供電的中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡。