10kV小电阻接地系统设计策略

刘志杰

摘要：随着城市10kV配电网系统电缆的使用增加，使得电容电流飞速增长，最终导致10kV配电网原有的中性点接地方式越来越不能满足要求，本文针对某110kV变电站10kV配电网接地系统改造案例，论述接地改造方案，并对接地方式改造后的影响进行分析，为今后10kV配网小电阻接地系统改造设计提供参考。

关键词：10kV配网;小电阻接地系统;设计策略

引言

受弧光接地过电压、单相接地电流超限以及设备绝缘水平等因素的影响，近年来中性点经小电阻接地系统成为我国大中型城市配电网的主要发展趋势。现阶段城区配电网主要以10kV电压等级为主;然而伴随着持续增长的电力负荷水平，城区负荷密度已经达到历史高点，大量的公共土地资源被现有的变电站及馈线所占用，城区配电网的发展受到了一定的限制。为增大供电容量、扩大供电半径以及减小线路损耗，部分大中型城市率先采用10kV配电网小电阻接地系统。

1小电阻接地系统故障分析

目前，小电阻接地系统中针对高阻接地故障的研究主要集中在保护原理方面。在现有的零序电流保护原理的基础上引入零序电压信息对测量的零序电流进行修正，使得修正后的零序电流测量值与故障首端发生金属性接地故障的情况相关，从而提高小电阻接地系统高阻接地故障的保护灵敏性，但此方法需要额外测得零序电压信息;改进的反时限零序过电流保护降低保护的启动门槛值，进而提高对高阻接地故障的保护能力，但需经过一定的动作时限才能切除故障。利用故障时各出线零序电流及中性点零序电流的关系选出故障线路，但需要额外测得中性点零序电流。提出了一种综合功率算法以解决互感器极性校验困难的问题，但此方法易受线路不平衡量影响。以上方法皆能有效提高小电阻接地系统高阻接地故障时保护的灵敏度，但是目前针对小电阻接地系统故障区段定位方法的研究较少。

2 10kV小电阻接地系统设计策略

2.1消弧线圈接地方式

消弧线圈分为固定式消弧线圈和自动跟踪型消弧线圈两类，后者又可分为预调式消弧线圈（包括调匝式和调容式）和随调式消弧线圈（包括调相式和偏磁式）两类。为抑制系统正常运行时消弧线圈带来的串联谐振问题，自动跟踪型消弧线圈装置只在单相接地故障时接近谐振点运行。正常情况下，预调式消弧线圈通过附加阻尼电阻来避免谐振，在单相接地时迅速切除该阻尼电阻;随调式消弧线圈远离全补偿，在单相接地时迅速调制到谐振点。控制器是自动跟踪类消弧线圈的灵魂，如果控制器故障或死机，则自动跟踪型消弧线圈将失效。现场勘查是確定消弧线圈系统情况的主要工作方式。需要弄清楚各段母线是否配置了消弧线圈;已经配置的消弧线圈的容量和类型以及是否投运;查看母排、控制器和阻尼电阻等是否有损坏迹象;检查消弧线圈控制器是否已经故障或死机;调阅消弧线圈控制器的历史记录，观察是否存在异常，例如：历史数据是否存在缺失，检测到的容性电流是否与所掌握的电容电流情况相符，单相接地时是否正常启动，残流是否补偿到位，有无其他异常记录等。对于应配却未配消弧线圈以及消弧线圈容量不足的情形，还需现场勘查是否具备加装消弧线圈或扩容的空间，对于移动式车载变压器的情况要特别留意。

2.2零序电流互感器

电流互感器是单相接地故障的重要感知元件，如果存在缺陷，将导致故障信息从源头上失真，因此电流互感器对单相接地故障处理非常重要，也是确定电网运行状态的重要勘查内容。掌握零序电流互感器情况主要采用现场勘查方式，检查电流互感器是否存在下列常见的缺陷：

1）电流互感器配置不够或与单相接地故障处理装置不匹配。例如：有的出线未配置零序电流互感器;有的间隔馈出多路电缆而只在其中1个电缆上配置了零序电流互感器;有的电流互感器二次侧额定电流与单相接地故障处理装置的电流互感器参数不匹配等。

2）零序电流互感器极性接反，或用于合成零序电流的3个相电流互感器极性不正确等。

3）带载能力不足。当二次电缆过长、截面积偏小或电流互感器选型不当时，有可能出现电流互感器实际二次负载超过设计的额定负载，导致电流互感器传递的二次电流比差、角差过大。

4）饱和风险。当消弧线圈失效或挡位级差较大时，会导致较大的残流。零序电流互感器可能因承担过大的一次电流而饱和，造成选线错误。

2.3离子接地极

离子接地极降阻、泄流、防腐效果较好、接地电阻较稳定、使用寿命较长，复合填料具有非常好的吸水、渗透性，能使周边土壤保持一定的湿度，配合离子接地极使用，能释放导电离子，增大土壤的导电离子浓度，使土壤达到良好的导电状态，并且可以逐渐使周边越来越大范围的区域的土壤电阻率降低。离子接地极主要具有如下优点：1）接地电阻几乎不随季节变化而改变，几乎无需日常维护。2）使用寿命较长。3）与深井接地相比具有占地面积小、容易施工等特点。

3结论

本文针对小电阻接地系统的高阻接地故障，提出了基于相电流工频变化量比的故障区段定位方法。通过大量的设计案例，得出结论如下：

1）该方法利用相电流工频变化量比突出故障线路上故障相与健全相的相电流工频变化量差异，减弱了过渡电阻对故障特征的影响，原理清晰，判据简洁。

2）该方法只需要交换各终端的相电流工频变化量比值信息，无需电压信息，且对采样频率要求不高，对通信水平要求也较低，易于工程实现。

参考文献

[1]曹小玲，蒋多晖.中性点经小电阻接地方式在电力系统中的应用[J].华东电力，2013，41（11）：2305-2307.

[2]张豪，詹红霞，张曦，等.基于多端故障电流匹配的配电网故障定位方法[J].智慧电力，2020，48（4）：97-103.

[3]董凯达，蔡燕春，金震.小电阻接地配电网零序保护的改进研究[J].供用电，2020，37（6）：48-52.

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