經電阻接地電力系統的接地保護研究

賴進藝

摘 要：電力系統中性點接地方式是一個綜合技術問題，中性點經小電阻接地方式運用非常廣，而探討其運行過程中存在的問題也是非常有意義的。簡要闡述了中性點經小電阻接地方式的線路單相接地時電流流向和保護的整定方式，及其中存在問題，分析了一起小電阻接地系統接地變越級跳閘案例，對線路和接地變零序電流整定值的配合方式提出了建議，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：中性點；接地方式；保護整定；母線

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.151

中性點經小電阻接地方式與其他接地方式相比有很大的優勢。該接地系統實現簡單，接地設備結構簡單，容易維修，中性點電阻一旦接入不需要經常改變，所需設備和投資不多，但是，經濟效益顯著，而且小電阻接地方式可以準確、快速地切斷故障線路，縮短故障排查時間，有效避免10 kV系統單相接地過電壓燒壞設備，導致人員觸電。這對保證電力系統的運行安全和人們的生命安全有非常重要的意義。近年來，中性點經小電阻接地的方式被廣泛應用于我國城市配電網中，而探討其實施方案有非常重要的意義。本文簡要介紹了中性點經小電阻接地的方式應用于10 kV配網中存在的一些問題，旨在完善10 kV配網中性點小電阻接地技術，提升其用電安全性。

1 線路單相接地時電流流向分析

當小電流接地系統發生單相接地故障時，故障線路上的故障電流為系統非故障元件上的電容電流之和。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情況如圖1所示。

當線路單相接地時，故障電流（圖1中實線箭頭）及其流向為：3I0從線路接地相的母線（A相）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，由接地變為從接地點流入大地，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。

在圖1中，小電阻接地系統線路單相接地時，電流流向分布圖線路單相接地時的電容電流（圖1中虛線箭頭）及其流向為：電容電流從母線的非接地相（B相、C相）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，經大地流入線路A相故障點，再流入A相母線，再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 整定方式和存在的問題

2.1 零序保護的整定方式

小電阻接地系統線路零序保護整定方式的定值要滿足以下幾個條件：①按照單相接地故障可靠性系數大于2整定；②按照各種情況下可能出現的最大不平衡電流整定；③按照架空線路全線路55～60 Ω高阻接地時，大于1.3的靈敏度整定；④動作時間可以根據系統設備的情況和運行要求來選擇，一般可與相應的電流Ⅰ段、Ⅱ段配合。

2.2 變零序保護的整定方式

接地變零序過流保護作為線路零序保護的后備，主要用于躲避正常不平衡電流，并按照系統中經60 Ω高阻接地時大于1.5的靈敏度整定，將時間與出線配合。

當線路接地時，先由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。如果母分開關原來處于運行狀態，其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，則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，有許多饋線沒有安裝零序電流互感器，其零序電流取三相電流之和。但是，當電流互感器正常運行時，因為計算變比與實際變比不一致，伏安特性不一致，傳變誤差等，產生了不平衡電流，并且該不平衡電流與線路電流成正比，進而影響了保護整定。

當一條線路單相高阻接地，接地電流尚未達到保護整定值，但高阻接地發生在同一母線上的2條線路上，且接地相相同時，2條線路的接地電流疊加，超過了接地變設置的整定值，使得整個母線失電。即使是一條線路長期高阻接地，也不利于其安全運行。

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，而且它們之間會留有一定的死區。但是，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，死區可能會消失，存在交叉地帶；當線路高阻接地，故障電流處于交叉范圍內，則會導致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，小電阻接地方式，中性點電阻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。

1×3#3接地變電流取自接地電阻套管流變，變比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之和，變比400/5，Ⅰ段一次整定值160 A/0.3 s，Ⅱ段一次整定值80 A、1.3 s。

3.2 事件經過

2014-03-13T19：27，110 kV某變電站10 kV的Ⅳ段母線接地，1×3#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 kV的Ⅳ母線失電。

2014-03-13T20：05，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。

2014-03-13T22：00，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。

2014-03-13T22：08，母線充電正常，接地變改檢修。接地變檢查正常。

2014-03-13T23：00，調度發令接地變改運行，送電正常。

3.3 原因分析

檢查Ⅳ段母線上所有出線間隔線路保護。當故障發生時，141銅元線有零序電流保護啟動錄波，未出口。調取141銅元線啟動時的波形圖進行分析，電流波形、電壓波形平滑無畸變，3I0與UA基本同相位，A相電壓比正常運行時降低約3 V。由此可以認定，本線上發生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。而本線路保護零序Ⅱ段定值也是80 A，所以，保護處于臨界狀態。

分析1×3#3接地變動作時的波形圖可知，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。當故障發展到后半段，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，此次接地故障零序阻抗約為96 Ω，扣除接地電阻約10 Ω和接地變阻抗，推算此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這個數值考慮到了可靠躲過三相CT合成零序電流在各種情況下可能出現的最大不平衡電流。該定值在采用三相流變合成零序電流的接線方式下，沒有進一步減小的空間。

分析小電阻接地系統線路單相接地時電流流向分布圖可知，接地變中性點電阻上僅流過接地故障電流，所以，當A相發生故障時，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下接地變零序定值比線路小一點的原因。

結果表明，此次故障是單相故障過渡電阻過大導致的。過渡電阻約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，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，屬于小概率事件。

4 結束語

綜上所述，配電網絡中性點接地方式是一個綜合性、系統性的問題，它既涉及電網的安全性和可靠性，又涉及電網的經濟性。中性點經小電阻接地方式與其他接地方式相比，能夠提高配網運行的可靠性、安全性、經濟性。所以，這是一種安全性相對比較高且運行更為穩定的接地技術，可以優先考慮。相關研究者還應不斷加大技術方面的投入力度，解決中性點經小電阻接地系統中存在的問題，力爭將其危險性降至最低，大力推廣小電阻接地方式。本文主要探究和思考了中性點經小電阻接地方式在10 kV配網中應用的一些要點和應注意的問題，以供相關人員參考。

參考文獻

[1]潘瑩，袁加妍，魏錦萍.10 kV配電網中性點接地方式分析[J].電力與能源，2014（04）.

[2]馬曉紅.貴州省10 kV城市配電網中性點接地方式[J].供用電，2006（05）.

〔編輯：白潔〕