配網小電阻接地零序保護可靠性提升策略探討

摘要：近年來，我國城市配網中開始大量采用中性點經小電阻接地的方案，這種接地方案能夠有效降低過電壓，并且使得故障可以被快速排除，但這種接地也存在一定的問題，給供配電的可靠性造成了諸多不利因素。文章對小電阻接地零序保護動作的特性進行了分析，并在此基礎上對零序保護可靠性的提升策略進行了探討。

關鍵詞：城市配網；小電阻接地；零序保護；可靠性；供配電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM863 文章編號：1009-2374（2016）02-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.019

1 概述

隨著經濟社會的發展和進步，我國的城市化進程也逐漸加快。當前城市配網中的電容電流增長迅速，這給傳統的接地系統帶來了很多問題，為了改善這一現狀，當前已經有越來越多的城市配網開始采用中性點經小電阻接地的方案來代替傳統的接地系統，但這種接地也存在一定的問題，特別是其作為一種新型接地方案，運行經驗相對不足，這給供配電的可靠性造成了諸多不利因素。近年來，我國配網無論在覆蓋規模還是在復雜程度上都較以往有了明顯的提高，這同樣也帶來了配網故障復雜程度的提升。在采用小電阻接地方案的配網中，如果兩回線或以上同時出現接地故障時，就可能造成零序保護誤動或者拒動。此外，如果兩回線前后發生故障，也會導致零序保護出現失配合的情況。而這些都會造成小電阻接地零序保護可靠性的降低，進而給配網的安全穩定運行造成不利影響。鑒于此，對小電阻接地零序保護動作特性加以研究，并在此基礎上探討能夠提高零序保護可靠性的策略具有極其重要的現實意義。

2 提升小電阻接地零序保護可靠性的意義

配電網中性點的接地方案對配網運行的可靠性有著直接影響，我國傳統多采用消弧線圈接地方案，但隨著地下電纜在城市配網中的應用范圍逐漸擴大，這種接地方案也暴露出了不少問題，如會使系統的分布電容增加，進而使得弧光接地故障的發生幾率大大提高，而且絕大多數故障都會造成電纜頭的永久性損壞。在這種情況下，如果不采用中性點接地的方案，那么一旦發生單相接地故障，就會導致較高的過電壓，不能帶故障運行，也不能適配于電纜配電系統，而采用中性點經消弧線圈接地的傳統方案也難以應對快速增長的電容電流難題。因此，我國近年來開始大力采用小電阻接地方案，這種接地方案能夠有效降低過電壓，并且使得故障可以被快速排除，在城市配網建設中取得了顯著的應用成效。隨著當前配網規模和復雜程度的不斷提高，各種饋線接地故障的發生幾率大大提高，故障的復雜性也明顯增加。在采用中性點經小電阻接地的配網中，一旦發生多回線接地故障，就會導致零序電流的幅值和分布特性出現較大的變化，同時不同回線故障往往在空間上存在隨機性，而且故障發生時間也往往不同步。這些因素的綜合作用是導致零序保護誤動或拒動的一個主要原因。此外，我國各個城市配網中雖然開始重視并采用小電阻接地方案來代替傳統的消弧線圈接地，但這種技術畢竟在我國的應用時間還不長，尤其缺乏現場運行經驗，進而也給零序保護動作的可靠性造成了諸多不利影響。最后，部分城市配網在改造從前的接地系統時，只是簡單地對接地方案進行了改動，但與接地系統相配套的二次設備卻沒有進行相應的升級，造成改造后的接地系統不能很好地適應小電阻接地方案，不僅難以完成改造的預期目標，甚至還會對保護動作的正確性造成不利影響。這種狀況在很多剛經過改造的小電阻接地配網中尤為突出，因為沒有對零序電流互感器等配套設備也進行相應的升級，造成一些互感器一旦遇到較大的故障電流或負載較重時就會產生飽和，進而也會對零序保護動作造成不良影響。鑒于此，有必要采取相應的技術措施以提高小電阻接地零序保護的可靠性。

3 不同接地故障對零序保護動作特性的影響

3.1 小電阻接地系統零序電流保護配置

在采用小電阻接地的城市配網中，都會采用零序保護來對接地故障加以保護，而在實際工作中應用較多的是饋線零序電流保護和接地變零序電流保護。在實際工作中，因為要排除饋線接地故障，所以通常會為每一條母線都采取零序保護的措施。此時，一旦饋線零序保護出現拒動的情況，接地變后備零序保護就會動作，從而可以實現對整條母線的隔離。具體整定原則如下：（1）饋線零序速動保護應按照其躲開保護線末端發生單相或兩相接地故障時出現的最大零序電流來整定；（2）饋線過流保護應按照其躲開被保護線路出現最大負荷時的零序最大不平衡電流來整定；（3）接地變壓器零序電流保護應按照其躲開系統發生接地故障時的最大零序電流來整定，并注意設置其延時要大于饋線零序過流

保護。

3.2 不同接地故障對零序保護動作的影響

與一般接地系統不同，采用小電阻接地方案時會產生較大的電流，并且其出線較多，分布線范圍較廣，造成在現實工作中比較容易發生的接地故障一般屬于以下兩類：（1）對于單回線接地故障而言，因為在當前采用小電阻接地的方案中都被進行了重點考慮，所以面對這些故障的動作準確性通常都較高；（2）對于屬于多回線的幾種接地故障而言，雖然其發生幾率較單回線的接地故障而言較低，但這類故障卻會引起零序電流分布特性的變化，因此這類偶發故障反而容易造成保護的拒動或誤動，進而降低保護的可靠性。

下面將對幾種接地故障對零序電流保護動作的影響進行詳細分析：當出現單回線單相或兩相接地故障時，因為故障電流最大，所以通常都能夠正常啟動饋線零序電流保護，不容易出現保護拒動或誤動的情況；當遇到單回線單相高阻故障時，雖然故障線的初始零序電流較小，不足以啟動零序電流保護，但隨著故障的發展，零序電流也會隨之增大，從而最終可以成功啟動饋線零序電流保護，不容易出現保護拒動或誤動的情況；當出現多回線同相接地故障時，因為故障線的零序電流會發生分流，所以很容易導致饋線零序電流保護出現拒動，但接地變零序電流保護卻發生誤動；當遇到多回線異相接地故障時，因為出現短接的緣故，所以會造成接地變零序電流降低，從而容易造成保護拒動或誤動等情況的發生；而當出現多回線相繼接地故障時，則非常容易導致越級誤動作的發生。

4 策略探討

4.1 采用基于饋線自適應原理的零序電流保護方案

目前我國學者對基于饋線自適應原理的零序電流保護方案進行了卓有成效的研究，并通過試驗證明了這種方案的有效性。采用這種方案，可以形成一套新的零序電流保護工作機制，在該機制的作用下，系統可以根據零序電流的特征，并結合故障饋線的零序電流、故障相電壓以及系統阻抗等參數，自適應地對饋線零序電流測量值進行修正與調整，從而有效提高了小電阻接地系統中零序保護動作的可靠性。

4.2 研制基于新型硬、軟件平臺的微機保護監控裝置

現有研究主要集中于零序電流互感器、線路參數、過渡電阻、輸電線電容電流影響等方面對保護動作性能的影響，雖然也有學者指出了兩條饋線同一相先后發生高阻接地或是兩條饋線相繼發生單相接地時，電流、時間的疊加是造成接地變壓器零序電流保護誤動的重要原因，但在解決措施上依然還只是停留在保護動作定值的配合上或者相關設備的配套選擇上，并沒有從根本上提出有力措施來提高零序保護的可靠性。鑒于此，筆者認為在實踐工作中應該充分借鑒當前科學技術在電力系統硬件和軟件上的發展，特別是依靠微電子、計算機和嵌入式技術的發展，研制開發出新型的微機保護監控平臺。新型的微機保護監控平臺應能夠根據多回線接地故障的特點對動作定值進行自適應調整，從而可有效提高小電阻接地配網的供電可靠性。

5 結語

近年來，我國雖然在小電阻接地零序保護動作的可靠性方面進行了大量的研究，但涉及到從根本上提高保護動作可靠性的技術方案和措施依然比較少，而這還需要相關技術人員作更多的努力和嘗試。

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作者簡介：譚力源（1975-），男，廣東佛岡人，廣東省佛岡縣電力有限責任公司電氣助理工程師，研究方向：電氣。

（責任編輯：陳 潔）