经电阻接地电力系统的接地保护研究

赖进艺

摘 要：电力系统中性点接地方式是一个综合技术问题，中性点经小电阻接地方式运用非常广，而探讨其运行过程中存在的问题也是非常有意义的。简要阐述了中性点经小电阻接地方式的线路单相接地时电流流向和保护的整定方式，及其中存在问题，分析了一起小电阻接地系统接地变越级跳闸案例，对线路和接地变零序电流整定值的配合方式提出了建议，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：中性点；接地方式；保护整定；母线

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.151

中性点经小电阻接地方式与其他接地方式相比有很大的优势。该接地系统实现简单，接地设备结构简单，容易维修，中性点电阻一旦接入不需要经常改变，所需设备和投资不多，但是，经济效益显著，而且小电阻接地方式可以准确、快速地切断故障线路，缩短故障排查时间，有效避免10 kV系统单相接地过电压烧坏设备，导致人员触电。这对保证电力系统的运行安全和人们的生命安全有非常重要的意义。近年来，中性点经小电阻接地的方式被广泛应用于我国城市配电网中，而探讨其实施方案有非常重要的意义。本文简要介绍了中性点经小电阻接地的方式应用于10 kV配网中存在的一些问题，旨在完善10 kV配网中性点小电阻接地技术，提升其用电安全性。

1 线路单相接地时电流流向分析

当小电流接地系统发生单相接地故障时，故障线路上的故障电流为系统非故障元件上的电容电流之和。小电阻接地系统线路单相接地时的故障电流和电容电流流向分布合成情况如图1所示。

当线路单相接地时，故障电流（图1中实线箭头）及其流向为：3I0从线路接地相的母线（A相）分成三路，一路进入接地变A相；一路Iob经主变压器的低压侧AB绕组，再流入接地变B相；一路Ioc经主变压器的低压侧AC绕组，再流入接地变C相。三路电流合成3I0流入接地变中性点O，再流经接地变Rg，由接地变为从接地点流入大地，经大地流入线路A相故障

点，进入A相线路后直接流向A相母线。

在图1中，小电阻接地系统线路单相接地时，电流流向分布图线路单相接地时的电容电流（图1中虚线箭头）及其流向为：电容电流从母线的非接地相（B相、C相）分成若干路，分别流入各条线路的非故障相，并从各条线路的非故障相经对地电容流入大地，经大地流入线路A相故障点，再流入A相母线，再流入主变压器的低压侧A相，分成两路，分别经主变压器的低压侧AB绕组和AC绕组流向母线的非接地相（B相、C相）。

2 整定方式和存在的问题

2.1 零序保护的整定方式

小电阻接地系统线路零序保护整定方式的定值要满足以下几个条件：①按照单相接地故障可靠性系数大于2整定；②按照各种情况下可能出现的最大不平衡电流整定；③按照架空线路全线路55～60 Ω高阻接地时，大于1.3的灵敏度整定；④动作时间可以根据系统设备的情况和运行要求来选择，一般可与相应的电流Ⅰ段、Ⅱ段配合。

2.2 变零序保护的整定方式

接地变零序过流保护作为线路零序保护的后备，主要用于躲避正常不平衡电流，并按照系统中经60 Ω高阻接地时大于1.5的灵敏度整定，将时间与出线配合。

当线路接地时，先由线路的零序保护动作，启动跳闸，隔离接地点；当线路开关拒动，则接地变的零序过流保护越级动作，首先跳母分开关。如果母分开关原来处于运行状态，其跳开后接地电流消失，则接地线路接于另一条母线，故障被隔离；如果接地电流没有消失，则出口跳该母线所连主变低压侧开关和接地变开关。

2.3 存在的问题

目前，有许多馈线没有安装零序电流互感器，其零序电流取三相电流之和。但是，当电流互感器正常运行时，因为计算变比与实际变比不一致，伏安特性不一致，传变误差等，产生了不平衡电流，并且该不平衡电流与线路电流成正比，进而影响了保护整定。

当一条线路单相高阻接地，接地电流尚未达到保护整定值，但高阻接地发生在同一母线上的2条线路上，且接地相相同时，2条线路的接地电流叠加，超过了接地变设置的整定值，使得整个母线失电。即使是一条线路长期高阻接地，也不利于其安全运行。

接地变高压零流定值与10 kV出线Ⅱ段零序保护定值应相互配合，而且它们之间会留有一定的死区。但是，电流互感器难免会有误差，当接地变与出线互感器的误差方向相反时，死区可能会消失，存在交叉地带；当线路高阻接地，故障电流处于交叉范围内，则会导致接地变保护越级动作。

3 接地变越级跳闸案例分析

3.1 背景介绍

某110 kV变电站是一座全户内布置的综合自动化变电所，10 kV部分采用金属铠装中置柜设备。目前，变电所拥有主变压器3台，总容量120 MVA；110 kV系统拥有线路3回，开关3台，采用线变组接线方式；10 kV系统拥有线路36回，开关45台，电容器3组，采用单母线分段接线，小电阻接地方式，中性点电阻10 Ω。

故障前#3主变供Ⅳ段母线运行，130母联开关热备用。141～150线路均运行，故障前Ⅳ段母线有功21 MW。

1×3#3接地变电流取自接地电阻套管流变，变比200/5，高压侧零流一次整定值60 A/1.6 s。接地变或母线接地故障，出口闭锁130母联备自投，跳#3主变10 kV开关和本身开关。

10 kV出线零序保护采用三相电流之和，变比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 事件经过

2014-03-13T19：27，110 kV某变电站10 kV的Ⅳ段母线接地，1×3#3接地变保护动作（高压零序电流Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段动作），跳接地变开关，连跳104#3主变开关，10 kV的Ⅳ母线失电。

2014-03-13T20：05，操作班现场检查141铜元线保护启动未出口，接地变保护动作跳闸连跳主变开关，其他未发现异常，监控已拉开各分路配网倒负荷，变电站操作接地变改冷备用，备投停用。

2014-03-13T22：00，检修建议用104#3主变开关冲母线。但是，141铜元线在未明确线路无接地前不得送电。

2014-03-13T22：08，母线充电正常，接地变改检修。接地变检查正常。

2014-03-13T23：00，调度发令接地变改运行，送电正常。

3.3 原因分析

检查Ⅳ段母线上所有出线间隔线路保护。当故障发生时，141铜元线有零序电流保护启动录波，未出口。调取141铜元线启动时的波形图进行分析，电流波形、电压波形平滑无畸变，3I0与UA基本同相位，A相电压比正常运行时降低约3 V。由此可以认定，本线上发生A相电阻性高阻接地。零序电流二次有效值约为1 A，折算到一次值为80 A。而本线路保护零序Ⅱ段定值也是80 A，所以，保护处于临界状态。

分析1×3#3接地变动作时的波形图可知，母线上发生A相稳态接地，A相母线电压下降少许，前半段零序电流折算到一次值为58.2 A，保护处于临界状态。当故障发展到后半段，零序电流略有增大，折算到一次值为63.2 A，接地保护零序Ⅱ段定值是60 A，经1.6 s延时保护动作。

根据接地变零序电流录波值计算，此次接地故障零序阻抗约为96 Ω，扣除接地电阻约10 Ω和接地变阻抗，推算此次接地故障过渡阻抗达80 Ω以上，属于超过10 kV小电阻接地系统架空线的正常故障。

110 kV某变各出线零序保护定值按两段配置，零序Ⅰ段整定为160 A/0.3 s动作，零序Ⅱ段整定为80 A/1.3 s动作。80 A这个数值考虑到了可靠躲过三相CT合成零序电流在各种情况下可能出现的最大不平衡电流。该定值在采用三相流变合成零序电流的接线方式下，没有进一步减小的空间。

分析小电阻接地系统线路单相接地时电流流向分布图可知，接地变中性点电阻上仅流过接地故障电流，所以，当A相发生故障时，存在线路保护零序电流采样值比接地变大的情况。这也是在同样灵敏度下接地变零序定值比线路小一点的原因。

结果表明，此次故障是单相故障过渡电阻过大导致的。过渡电阻约80 Ω，电流恰在线路零序保护、接地变零序的定值附近，保护处于可动可不动的临界状态，导致越级跳闸。80 Ω的过渡电阻也是超出接地保护整定计算的防卫条件，属于小概率事件。

4 结束语

综上所述，配电网络中性点接地方式是一个综合性、系统性的问题，它既涉及电网的安全性和可靠性，又涉及电网的经济性。中性点经小电阻接地方式与其他接地方式相比，能够提高配网运行的可靠性、安全性、经济性。所以，这是一种安全性相对比较高且运行更为稳定的接地技术，可以优先考虑。相关研究者还应不断加大技术方面的投入力度，解决中性点经小电阻接地系统中存在的问题，力争将其危险性降至最低，大力推广小电阻接地方式。本文主要探究和思考了中性点经小电阻接地方式在10 kV配网中应用的一些要点和应注意的问题，以供相关人员参考。

参考文献

[1]潘莹，袁加妍，魏锦萍.10 kV配电网中性点接地方式分析[J].电力与能源，2014（04）.

[2]马晓红.贵州省10 kV城市配电网中性点接地方式[J].供用电，2006（05）.

〔编辑：白洁〕