电力用户配电网络单相接地保护配置方案探讨

许武松

（四川省机场集团有限公司）

0 引言

我国电力用户配电网大多采用中性点非有效接地运行方式，对于电力电缆较多的用户主要采用中性点经消弧线圈的接地运行方式，本文主要针对该类系统发生单相接地故障时的单相接地保护配置方案进行探讨。

运行故障数据表明，在用户配电网中单相接地故障占比较高，即使是电缆占比较多的配电网络，很多两相接地、三相短路等故障也是由单相接地故障发展而来。对于电缆单相接地故障，一般都为永久性接地故障，一旦发生单相接地，不可能自行恢复正常运行。电缆金属性单相接地时，系统中非故障相对地电压会升高约3倍，如果发生间歇性弧光接地，还可能产生幅值更高的过电压，对系统绝缘构成严重威胁，可能导致系统中部分绝缘薄弱点容易发生绝缘击穿，进一步发展成相间短路故障、多点接地等故障，引起系统电压暂降及电压波动，部分敏感低压设备可能会停电，停电范围及影响范围可能会进一步扩大，影响用户现场生产及相关业务工作，带来额外的损失，严重破坏系统安全运行，降低了供电可靠性。因此，当发生配电网发生单相接地故障以后，务必要尽快明确接地故障线路并快速切除，防止故障进一步发展造成不良后果。

1 单相接地故障分析［1］

对于中性点不接地的配电系统，发生单相接地故障时有以下特点：接在同一电源上的全系统都会出现零序电压，接地线路与非接地线路都有零序电压，无法进行区分；非接地线路的零序电流为本线路自身对地电容电流，容性无功功率方向由母线流向线路；接地线路的零序电流由全网络非接地设备对地电容电流之和，容性无功方向由线路流向母线。

对于中性点经消弧线圈接地的配电系统，发生单相接地故障时有以下特点：一般采用过补偿运行，接地流过的是感性电流，接地线路与非接地线路容性无功方向均由母线流向线路；其余特点基本与不接地系统基本相同。

2 现行接地保护方案分析［1］

很多用户配置了自动跟踪补偿消弧线圈及小电流接地选线系统，但是该方案选线准确率还有待提高，主要存在以下问题：

由于非有效接地系统中，单相接地故障时故障电流比较小，消弧线圈对接地故障电流进行补偿后，接地点流过的故障电流可能变得更小，当配电电力电缆线路较长时，甚至可能小于非接地故障线路的零序电容电流，使得选线不一定准确。

单相接地故障原因可能是外力破坏导致的短时接地或长时接地、雷雨天气击穿部分设备绝缘、电缆头绝缘老化等，有的相当于金属性直接接地，有的相当于高阻或低阻接地，有的相当于间歇性或持续性电弧接地。这些现象可能导致故障电流不够稳定，不利于现有选线系统及时选出接地故障线路，影响了选线准确率。

中性点经消弧线圈接地系统，一般都采用过补偿的运行方式，使得接地线路和非接地线路零序无功功率方向相同，也给选线系统造成一定困难，选线时可能出现错误。

很多用户变配电站点级数较多、较分散，只有总变电站配置选线系统，部分下级站点并未配置接地选线系统，这就导致主变电站选出某一故障线路后，值班人员并不能确定是该线路本身接地，还是该线路所带的下级分支线路接地，还是需要值班人员采取传统拉合方式逐一排查下级线路，造成故障排除时间较长，对电网安全稳定威胁较大。

3 现行接地保护方案改进

当配电网系统正常运行时，自动跟踪补偿消弧线圈系统几乎不投入，消弧线圈对地阻抗比较大，此时系统相当于中性点不接地系统。当系统出现单相接地故障时，消弧线圈才根据系统需要调整消弧线圈阻抗，进行自动补偿。从接地故障刚开始至消弧线圈系统进行补偿的时间段内，系统相当于中性点不接地系统出现单相接地故障时的运行状态。由前面分析可知，此时系统中的故障线路与非故障线路的故障电气量是比较明显的，特别是对于电力电缆较多的配电网络故障线路与非故障线路零序电流差别应该更加显著，可以利用这一较短时间窗口出现的故障特征，快速判断故障线路。

现有用户配电网系统，大多数是由电力电缆构成，而且规模越来越大，全系统多达几十甚至上百公里电缆。当系统出现单相接地故障时，在消弧系统自动补偿之前，接地故障电流是比较大的，接地线路与非接地线路的零序电流差别应该比较明显，可以考虑利用这一特点，区分接地与非接地线路。现有用户配电系统中，大多采用微机保护装置，本身就配置有零序过流保护功能，配电开关柜一般也带有零序电流互感器。即使开关柜中没有零序互感器，也可以进行改造增加，费用也不是很高。

整体改进方案如下：启用微机保护装置零序过流保护功能，配合原有小电流接地选线系统进行单相接地故障排查。为了减小保护误动作概率，零序电流保护整定值应考虑躲过本系统发生接地故障时，非接地线路中零序电容电流的最大值。因为从单相接地故障开始到补偿启动之间时间非常短，保护动作时间考虑设置为零秒，确保能及时检测到故障电流。由于在中性点非有效接地系统中，接地故障电流跟系统规模大小、补偿设备性能、接地故障点状态等诸多因素有关，考虑退出零序过流保护跳闸出口，发生故障时只告警不跳闸。值班人员可以结合小电流选线系统选线情况、零序过流保护动作情况、线路运行情况、历史故障情况、周边施工情况等进行综合判断，提高接地选线准确率，及时排查出故障线路。

本单位部分线路采用本文的单相接地保护配置方式以后，每次发生单相接地故障时零序过流保护都能够发出告警信号，值班人员能比较快速地将具体的故障范围进行隔离，缩短了单相接地运行时间，减轻了过电压对电网的威胁，提高了电网供电安全性。

4 结束语

本文针对中性点经消弧线圈接地的配电网系统接地保护方案进行了简要探讨，给出了一种改进方案。对于本文给出的接地保护改进方案要注意以下几点：尽量缩短单相接地故障时间，及时排除故障，减小过电压对系统的安全威胁；对自身配电网特点要仔细分析，是否适合通过零序过流保护来进行判断，如果系统规模较小，电缆较少的系统是不适合的，因为接地线路与非接地线路零序电流差别不是特别大；计算零序过流继电保护整定值时，要核算清楚配电网络系统中某回线路最大的电容电流值，降低继电保护误动作概率；必须退出零序过流保护跳闸出口压板，避免零序过流保护误跳非接地线路造成非计划非故障的误停电，如果现场继电保护装置与其他主保护共用一个跳闸出口，不能单独退出零序过流保护跳闸出口，就不应使用该保护；要与本单位消弧系统厂家进行技术交流，确认现场消弧系统的技术参数，以及过渡时间等，确保不会影响消弧系统正常运行，确保不影响原有系统选线的正确率；零序过流保护告警结果只是作为排查接地线路判断的参考依据之一，不能作为唯一依据，具体还要结合小电流接地选线系统，线路实际运行情况等进行综合判断；正式使用前，应严格进行继电保护定值校验，确保保护正确动作，而且要只告警不跳闸，确保符合相关标准规范，符合本系统的运行要求，防止误跳正常线路，值班人员要根据报警信息及选线结果快速做出判断，及时进行故障处置，严防配电网长时间接地运行。