10 kV配電網中性點經小電阻接地系統的研究

梁樹棠

摘 要：電力系統中性點接地方式是一個綜合技術問題。通過分析中性點經小電阻接地方式下的線路單相接地時電流流向和保護的整定方式，分析了10 kV配電網中性點經小電阻的接地方式，并對線路和接地變零序電流整定值的配合方式提出建議。

關鍵詞：電力系統；中性點；接地方式；單相短路故障

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.072

通過分析小電阻接地系統線路單相接地時的電流流向和小電阻接地系統繼電保護的整定方式，指出了小電阻接地系統繼電保護整定方式中存在的問題。下面將分析一起因線路保護和接地變總后備整定值的配合問題而造成的線路高阻接地時接地變總后備誤動的案例。

1 線路單相接地時電流流向分析

小電阻接地系統線路單相接地時的故障電流和電容電流流向分布合成圖如圖1所示。

線路單相接地時故障電流（圖1中的實線箭頭）的流向：3I0從線路接地相的母線（A相）處分成三路，一路進入接地變A相；一路Iob經主變壓器的低壓側AB繞組，再流入接地變B相；一路Ioc經主變壓器的低壓側AC繞組，再流入接地變C相。三路電流合成3I0流入接地變中性點O，再流經接地變Rg，由接地變接地點流入大地。經大地流入線路A相故障點，進入A相線路后直接流向A相母線。

線路單相接地時電容電流（圖1中的虛線箭頭）的流向：電容電流從母線的非接地相（B相、C相）處分成若干路，分別流入各條線路的非故障相，并從各條線路的非故障相經對地

電容流入大地；還有幾路經大地流入線路A相故障點，再流入A相母線，最后流入主變壓器的低壓側A相，分成兩路，分別經主變壓器的低壓側AB繞組和AC繞組，流向母線的非接地相（B相、C相）。

2 繼電保護的整定方式和存在的問題

2.1 線路零序保護的整定方式

定值要滿足以下幾個條件：①按單相接地故障可靠性系數

大于2整定；②按躲各種情況下可能的最大不平衡電流整定；③按架空線路全線路55～60 Ω高阻接地時大于1.3靈敏度整定；④動作時間可根據系統設備情況和運行要求選擇，一般可與相應的電流Ⅰ段和Ⅱ段配合。

2.2 接地變零序保護的整定方式

接地變的零序過流保護主要作為線路零序保護的后備，躲正常不平衡電流，并按系統中經60 Ω高阻接地時大于1.5靈敏度整定，時間與出線配合。

當線路接地時，先是線路的零序保護動作，啟動跳閘，隔離接地點；當線路開關拒動，則接地變的零序過流保護越級動作，首先跳母分開關。如果母分開關原來在運行狀態，母分跳開后，接地電流消失，則接地線路接于另一條母線，故障被隔離；如果接地電流沒有消失，出口跳該母線所連主變低壓側開關和接地變開關。

2.3 存在的問題

目前，有很多饋線沒有安裝零序電流互感器，其零序電流取三相電流的和。但由于電流互感器在正常運行時就會因計算變比與實際變比不一致、伏安特性不一致、傳變誤差等原因產生不平衡電流，且該不平衡電流與線路電流大小成正比，因此影響了保護整定。

當一條線路單相高阻接地時，接地電流尚未達到保護整定值。但當高阻接地發生在同一母線上的兩條線路上，且接地相相同時，兩條線路的接地電流就會疊加，超過接地變設置的整定值，造成整個母線失電。即使是一條線路長期高阻接地，也不利于線路的安全運行。

接地變高壓零流定值與10 kV出線Ⅱ段零序保護定值應相互配合，二者之間應留有一定的死區。但電流互感器難免會有誤差，當接地變與出線互感器的誤差方向相反時，可能會造成死區消失，存在交叉地帶。當線路高阻接地，故障電流處在交叉范圍內時，將會造成接地變保護越級動作。

3 接地變越級跳閘案例分析

3.1 背景介紹

某110 kV變電站是一座全戶內布置的綜合自動化變電所，10 kV部分采用金屬鎧裝中置柜設備。目前變電所擁有主變壓器3臺，總容量120 MVA；110 kV系統擁有線路3回，開關3臺，采用線變組接線方式；10 kV系統擁有線路36回，開關45臺，電容器3組，采用單母線分段接線，并采用小電阻接地方式，中性點電阻為10 Ω。

故障前#3主變供Ⅳ段母線運行，130母聯開關熱備用。141～150線路均運行，故障前Ⅳ段母線有功21 MW。

1X3#3接地變電流取自接地電阻套管流變，變比為200/5，高壓側零流一次整定值60 A/1.6 s。接地變或母線接地故障，出口閉鎖130母聯備自投，跳#3主變10 kV開關和本身開關。

10 kV出線零序保護采用三相電流，變比為400/5，Ⅰ段一次整定值為160 A/0.3 s，Ⅱ段一次整定值為80 A/1.3 s。

3.2 事件經過

2014-03-13T19：27，110 kV某變電站10 kVⅣ段母線接地，1X3#3接地變保護動作（高壓零序電流Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段動作）跳接地變開關，連跳104#3主變開關，10 kVⅣ母線失電；20：05，操作班現場檢查141銅元線保護啟動未出口，接地變保護動作跳閘連跳主變開關，其他未發現異常，監控已拉開各分路配網倒負荷，變電站操作接地變改冷備用，備投停用；22：00，檢修建議用104#3主變開關沖母線，但是141銅元線在未明確線路無接地前不得送電；22：08，母線充電正常，接地變改檢修，接地變檢查正常；23：00，調度發令接地變改運行，送電正常。

3.3 原因分析和建議

檢查Ⅳ段母線上所有出線間隔線路保護，故障發生時，141銅元線有零序電流保護啟動錄波，未出口。141銅元線啟動時的波形分析：電流波形、電壓波形平滑無畸變，3I0與UA基本同相位，A相電壓比正常運行電壓下降約3 V，可認定本線上發生了A相電阻性高阻接地；零序電流二次有效值約為1 A，折算到一次值為80 A，本線路保護零序Ⅱ段定值也是80 A，保護處于臨界狀態。

1X3#3接地變動作時波形分析：母線上發生A相穩態接地，A相母線電壓下降少許，前半段零序電流折算到一次值為58.2 A，保護處于臨界狀態。故障發展到后半段，零序電流略有增大，折算到一次值為63.2 A，接地保護零序Ⅱ段定值是60 A，經1.6 s延時保護動作。

根據接地變零序電流錄波值計算，本次接地故障零序阻抗約為96 Ω，扣除約10 Ω的接地電阻和接地變阻抗，推算本次接地故障過渡阻抗達80 Ω以上，屬于超過10 kV小電阻接地系統架空線的正常故障。

110 kV某變各出線零序保護定值按兩段配置，零序Ⅰ段整定為160 A/0.3 s動作，零序Ⅱ段整定為80 A/1.3 s動作。80 A這個數值能可靠躲過三相CT合成零序電流在各種情況下可能的最大不平衡電流。該定值在采用三相流變合成零序電流的接線方式下，不具有進一步減小的空間。

由圖1可知，接地變中性點電阻上僅流過接地故障電流，所以在A相故障時，存在線路保護零序電流采樣值比接地變大的情況。這也是在同樣靈敏度要求下，接地變零序定值比線路小一點的原因。

經過調查，本次故障是由于單相故障過渡電阻過大，過渡電阻約為80 Ω，電流恰在線路零序保護、接地變零序的定值附近，保護處于可動可不動的臨界狀態而導致越級跳閘。80 Ω的過渡電阻也是超出接地保護整定計算的防衛條件，屬小概率事件。

建議線路零序電流盡可能采用專用零序流變，可以將線路保護零序Ⅱ段定值降到60 A以下，解決與接地變零序總后備的配合問題。

4 結束語

總而言之，小電阻接地方式與其他接地方式相比具有更大的優勢，而且小電阻接地方式可以準確、快速地切除故障線路，縮短了故障排查時間，有效避免了10 kV系統單相接地過電壓燒壞設備和單相接地造成人身觸電，對保證電力系統的安全運行和人們的生命安全具有重要意義。因此，我們要解決中性點經小電阻接地系統中存在的問題，并大力推廣小電阻接地方式。

參考文獻

[1]王輝.10 kV配電網中性點接地方式的研究[D].天津：天津大學，2007.

[2]石立興.中性點經小電阻接地系統中性點設備的配置及計算[J].冶金動力，2010（01）.

〔編輯：王霞〕