灵活接地系统中配电网接地保护的适应性分析

薛永端，金 鑫，刘 晓，徐丙垠

（1. 中国石油大学（华东）新能源学院，山东省青岛市 266580；2. 国网山东省电力公司超高压公司，山东省济南市 250118；3. 山东理工大学智能电网研究院，山东省淄博市 255049）

0 引言

配电网中性点接地方式的合理选择及其衍生的单相接地故障保护是一个综合性的技术与工程问题，一直是国内外配电网的研究与应用热点。配电网采用中性点灵活接地方式的初衷是在永久接地时可靠切除故障，瞬时接地时降低线路跳闸率，已在中国多地推广应用［1-3］。关于灵活接地系统单相接地故障的保护与处理，相关规程给出了基本动作流程［4］，目前接地保护大多沿用了小电阻接地系统的定时限零序过电流保护，即利用中性点并联小电阻投入阶段的故障电流实现保护，定值较高，对高阻接地故障如断线坠地、导线碰树等仍存在保护灵敏度不足等问题［5］。

针对配电网高阻接地故障，近年国内外学者提出了一系列高灵敏度接地保护方法［6-23］。文献［6］提出可利用零序电压、零序电流对应的零序有功功率方向作为动作判据，可降低电流定值，提高耐过渡电阻能力；文献［7］提出基于零序电压比率制动的零序电流保护方法，利用零序电压反映过渡电阻大小，自动调整电流动作定值，耐过渡电阻能力可达1 kΩ；文献［8］根据故障出线零序电流幅值远大于健全出线的特征，提出利用反时限原理实现接地故障的阶段式保护，耐过渡电阻能力约为1.5 kΩ；文献［9］根据故障时各条出线零序电流幅值和相位的差异，提出利用集中式比较的方式切除故障出线，耐过渡电阻能力约为1.5 kΩ；文献［10］提出基于出线零序电流与中性点电流比较的保护方法，以中性点接地电阻电流作为保护启动量，耐过渡电阻能力仅受中性点电流测量精度的限制，最大可达3 kΩ 以上；文献［11-12］针对高阻故障时往往伴随接地电弧，波形通常存在非线性畸变的特点，提出了电流波形凹凸性法、伏安特性法检测高阻故障，灵敏度较高，但仅在故障点非线性程度较高、电弧状态稳定的情况下有较好的检测效果；文献［13］提出的消弧线圈并联中电阻法的实现方式及控制原理与灵活接地方式类似，但故障特征与保护原理存在较大差异，适应性有待分析；文献［14］提出了考虑线路出线“虚拟电阻”的基于热稳定原理的间歇接地故障保护方法；文献［15-19］提出利用数学形态学、动态时间规整（DTW）算法等数字信号处理技术和神经网络、遗传算法等人工智能算法的保护方法，理论上较为完备，但受限于目前硬件水平，距实际应用还有一段距离。谐振接地方式下利用暂态信息的选线方法［20-21］也可用于灵活接地方式，区别是灵活接地方式下，保护不应在故障发生后动作，而应在并联小电阻投入后动作。

理论上，上述接地保护方法均可用于灵活接地系统以提高高阻接地时保护的灵敏度，但由于灵活接地系统接地故障时中性点并联小电阻投切的影响，故障过程存在电气量突变现象，呈现明显的阶段性，保护的可靠性与灵敏性会相应地发生变化，其在灵活接地系统下适应性及性能有待分析。

本文通过建立适用于灵活接地系统接地故障全过程（并联小电阻投入前、投入后、切除后）分析的零序等值模型，给出各电气量故障特征的一般性结论，并据此提出灵活接地系统中接地保护面临的问题，进而分析定时限零序过电流保护、零序功率方向保护、反时限零序电流保护、电压制动式零序电流保护、电流比较式保护、波形畸变式保护及电流突变式保护在灵活接地系统接地故障不同阶段的动作特性，给出其适用条件，并提出算法改进方案，总结出提升保护性能的建议，为灵活接地系统中接地保护的合理选择提供参考。

1 灵活接地系统单相接地故障特征分析

根据故障持续时间和保护是否动作，灵活接地系统中发生单相接地故障时可分为3 个阶段：

1）第1 阶段：并联小电阻投入前，系统为谐振接地方式；

2）第2 阶段：并联小电阻投入后，进入消弧线圈并小电阻接地方式；

3）第3 阶段：并联小电阻切除后，返回谐振接地方式。

图1 为一具有n条线路的灵活接地系统单相接地故障零序等值模型。图中，G0i、B0i分别表示线路i的对地泄漏电导及分布电（容）纳，其中，i=1，2，…，n−1 时线路i为健全出线，i=n时线路i为故障出线；Rf为故障点过渡电阻；U̇f=−ĖA为虚拟电压源，ĖA为故障相（以A 相为例）电压；U̇0为母线处零序电压；İ0i为线路i的对地零序电流；İ0f为故障点零序电流；İM为故障出线零序电流；YN为中性点接地导纳（图1 红色虚线框内）；GL、BL分别为消弧线圈零序等值电导和电（感）纳；Rn为中性点并联小电阻；S 为并联小电阻投切开关，S 断开时为系统正常运行阶段及故障第1、3 阶段，S 闭合时系统为故障第2 阶段。

图1 灵活接地系统单相接地故障零序等值模型Fig.1 Zero-sequence equivalent model of single-phase grounding fault in flexible grounded system

如图1 所示，无论开关S 断开或闭合，系统零序导纳Ys0均为中性点接地导纳与所有出线对地导纳的并联，有

式中：Y0i=G0i+jB0i为健全线路零序测量导纳，i=1，2，…，n−1。

故障出线零序电流为全部健全线路零序电流与中性点电流的相量和，同时也是故障点零序电流与故障出线本身对地电流的相量和，即：

式中：Y0n=G0n+jB0n为故障线路自身对地零序导纳。

式（1）至式（5）描述了发生单相接地故障后，灵活接地系统中各电气量之间的关系，且在并联小电阻投入前后均成立。可见，故障第1、2 阶段各电气量均与系统零序导纳有关。

根据式（1），可得故障第1、2 阶段的系统零序导纳Ys0，1和Ys0，2分别为：

式中：d为系统的阻尼率；d0为线路的阻尼率，其在线路绝缘良好时一般为2%～4%，绝缘老化时可达5%以上；dL为消弧线圈的阻尼率，一般为1.5%～2%［1］；v为消弧线圈的失谐度，在过补偿状态下一般为−10%～−5%。

10 kV 配电系统中，系统对地电容电流一般不大于200 A，即系统对地电纳B0≤11.6 mS［7］；并联小电阻Rn一般为4～16 Ω，本文取Rn=10 Ω，其他阻值时结果相近，代入式（7），则故障第2 阶段的系统零序导纳可近似表达为：

由式（2）至式（8）易得，与故障第1 阶段相比，故障第2 阶段零序电压、健全线路零序电流的幅值减小，故障点电流的幅值增大。对于故障线路零序电流，根据式（2）、式（5）、式（6）和式（8），故障第1、2 阶段的故障出线零序电流İM，1和İM，2的幅值之比TM为：

式中：θ=arctan(−3vB0Rf)。

由式（9）可得，对于一个确定的灵活接地系统，即当系统对地电纳、失谐度、并联小电阻阻值一定时，TM的大小仅与过渡电阻及故障出线本身对地电纳有关。设v=−8%、B0=3.5 mS，则TM随过渡电阻及故障出线本身对地电纳的变化如图2 所示。可见，并联小电阻投入后，故障出线零序电流的幅值可能增大，也可能减小。

图2 并联小电阻投入前后的故障线路零序电流幅值之比的变化Fig.2 Variation of ratio of zero-sequence current amplitude of fault line before and after connection of parallel low resistance

实际上，根据式（5）至式（8），故障第2 阶段的故障出线零序电流可表示为：

式中：U̇0，2和U̇0，1分别为故障第1、2 阶段零序电压。

由式（10）可知İM，2分为两部分：随零序电压成比例减小的原故障出线零序电流和零序电压在并联小电阻上产生的阻性电流。当过渡电阻较大时，并联小电阻上的阻性电流不足以弥补减少的故障出线零序电流，从而使故障出线零序电流幅值减小。这一结论与目前的认识存在差异，也与投入并联小电阻增大故障电流以提高保护可靠性的初衷相悖。

2 灵活接地系统中接地保护面临的问题

2.1 系统正常运行时接地保护的误动风险

对于以零序电流为特征量的配电网接地保护，为防止保护在系统正常运行时发生误动，其整定时需躲过系统正常运行时不平衡零序电流的影响。10 kV 小电阻接地系统正常运行时，系统不平衡度较小，单条电缆线路和架空线路的最大不平衡零序电流分别为0.26 A 和0.37 A［7］，考虑一定裕度，一般按躲过1～2 A 进行整定。

灵活接地系统正常运行时实际为谐振接地方式，消弧线圈的谐振作用会放大系统的不平衡度。根据规程［24］，谐振接地系统正常运行时，中性点电压位移不超过额定相电压的15%。10 kV 单条出线对地电容电流一般不超过50 A，则单条出线在正常运行时的最大不平衡零序电流可达7.5 A。若保护仍沿用小电阻接地系统中的电流定值，系统正常运行时存在误动风险。因此，灵活接地系统接地保护在整定时应躲过谐振接地系统正常运行时最大不平衡零序电流。

2.2 故障第1 阶段时接地保护的误动风险

灵活接地系统在故障第1 阶段的目标是利用消弧线圈补偿接地电流，促进故障电弧自动熄灭。为最大程度利用消弧线圈的补偿作用，同时保证出线保护、分支线保护与配电变压器保护等多级保护之间的正确配合，灵活接地系统的接地保护应确保在故障第1 阶段不动作。为此，保护不应以故障发生、而应以并联小电阻投入作为启动或动作判据。因此，灵活接地系统接地保护在整定时还应躲过故障第1 阶段电气量的影响。

2.3 消弧线圈调谐方式对保护启动的影响

根据2.2 节分析，灵活接地系统接地保护的可靠启动或动作依赖于并联小电阻的准确投入，因此，灵活接地系统的耐过渡电阻能力不仅受限于接地保护方法本身，还受并联小电阻投切装置的影响。目前的并联小电阻投切装置一般采用与变电站绝缘监察装置或小电流接地保护装置相同的启动方式，即零序电压越限启动，启动电压一般为15～20 V，（二次值，变比为57∶1）。消弧线圈的调谐方式影响了故障发生时刻的系统零序导纳和零序电压，进而影响到并联小电阻投切装置的启动。

预调式消弧线圈系统正常运行时靠近谐振点运行，故障发生时刻的系统零序导纳Ys0，Y即为故障第1 阶段的零序导纳Ys0，1。而对于随调式消弧线圈，系统正常运行时其远离谐振点运行，故障发生时刻的系统零序导纳相当于中性点不接地系统的系统零序导纳Ys0，S：

根据式（2）、式（6）和式（11），设d0=2%、d=4%、v=−8%，则消弧线圈分别为预调式与随调式时，故障发生时刻零序电压的变化如图3 所示，图中绿色平面为并联小电阻投切装置的启动电压（以15 V为例）。可见，当消弧线圈为预调式时，并联小电阻投切装置启动的耐过渡电阻能力大于2.25 kΩ；当消弧线圈为随调式且系统电容电流Ic较小时（小于19 A），并联小电阻投切装置启动的耐过渡电阻能力在2 kΩ 以上；但随着Ic的增大，其耐过渡电阻能力快速下降，当系统电容电流为100 A 时，其耐过渡电阻能力仅为380 Ω，当Ic为200 A 时，仅为180 Ω。

图3 消弧线圈调谐方式对故障发生时刻零序电压的影响Fig.3 Influence of tuning mode of arc suppression coil on zero-sequence voltage at fault time

3 已有保护方法在灵活接地系统中的适应性分析

3.1 定时限零序过电流保护的适应性分析

小电阻接地系统中，定时限零序过电流保护（以下简称为零序过电流保护）的整定原则为：1）躲过系统正常运行时本线路的最大不平衡电流；2）躲过本线路的对地电容电流。相比后者，前者幅值较小，整定时可忽略。为方便管理，现场零序过电流保护常采用统一定值，即躲过所有出线的对地电容电流，定值一般设为40～60 A。根据2.1 节分析，灵活接地系统正常运行时的不平衡零序电流最大不超过7.5 A，仍小于零序过电流保护的动作定值，因此，保护不会在系统正常运行时误动。

由式（3）和式（8）可得，相同的过渡电阻下，灵活接地系统接地故障第2 阶段的故障点电流与小电阻接地系统大致相同，零序过电流保护的耐过渡电阻能力约为90～140 Ω。

根据2.2 节分析，过补偿时，故障出线零序电流大于故障出线本身对地电容电流，若仍按躲过所有出线的对地电容电流进行整定，则故障第1 阶段故障出线零序电流可能大于保护动作定值，保护将误动。为此，零序过电流保护的动作定值应在原有定值（所有出线最大对地电容电流）基础上增加消弧线圈补偿阶段最大的故障点残流。根据规程［24］，10 kV谐振接地系统补偿后的故障点残流小于10 A。即保护定值要从40～60 A提升至50～70 A，根据式（3），耐过渡电阻能力相应地从90～140 Ω 变为76～110 Ω。

实际上，现场对于消弧线圈维护管理不到位的情况时有发生，故障点残流经常达到20～30 A，甚至更大。此时，零序过电流保护的定值应进一步提高，其耐过渡电阻能力将进一步下降。这也要求在灵活接地系统中，要提高消弧线圈运维管理水平，保证故障点残流符合相关标准，否则将为接地保护的整定带来困难。

另一方面，根据2.3 节分析，无论消弧线圈采用何种调谐方式，并联小电阻投切装置的耐过渡电阻能力均大于零序过电流保护。因此，并联小电阻投入并不表示零序过电流保护能够可靠动作。据统计，2012—2018 年，某地5 座采用灵活接地方式的变电站共计投入并联小电阻1 037 次，零序过电流保护仅动作了269 次，即有74.1%的接地故障在投入中性点小电阻后保护仍然拒动［25］。

3.2 反时限零序电流保护的适应性分析

反时限零序电流保护［8］根据小电阻接地系统单相接地时，故障出线零序电流远大于（10 倍以上）健全出线零序电流，利用反时限动作特性使故障出线保护先于健全出线保护动作，从而降低保护最小动作定值，达到高阻保护的目的。

灵活接地系统单相接地故障第1 阶段时，由于消弧线圈的补偿作用，故障出线零序电流不再远大于、甚至小于健全出线零序电流。与多数保护方法不同的是，反时限零序电流保护在故障第1 阶段，不仅可能使故障线路误动，甚至可能跳开健全出线。因此，反时限零序电流保护的最小动作电流应躲过故障第1 阶段所有出线的零序电流，这与定时限零序过电流保护的电流定值相同。因此，灵活接地系统没有必要使用反时限零序电流保护。

3.3 零序功率方向保护的适应性分析

零序功率方向保护［6］的动作判据为：零序电流越限且零序功率方向元件动作。相比于零序过电流保护，其启动电流不必躲过所有出线的对地电容电流，而是按躲过系统正常运行阶段最大不平衡电流整定。

零序功率方向元件反映功率方向的算法有2 种：一是直接计算有功功率，根据其符号判断功率方向；二是比较零序电流和零序电压的相位关系。其本质是根据健全线路与故障出线零序测量导纳角之间的差异判别故障线路。小电阻接地系统单相接地时，两种计算方法均适用：健全出线零序有功功率从母线流向线路，符号为正，零序电流相位超前零序电压约90°；故障出线零序有功功率从线路流向母线，符号为负，零序电流相位超前零序电压约180°。

根据式（4），灵活接地系统中，健全出线i零序测量导纳为健全出线本身的对地导纳，不受并联小电阻投切影响，导纳角φ0i为：

由式（15）和式（16）得，故障第1 阶段的故障出线零序电流超前零序电压的角度在90°～153.4°内；故障第2 阶段的故障出线零序电流超前零序电压的角度在175.8°～180°内。即故障第1、2 阶段，故障出线的有功功率均从线路流向母线。若零序功率方向元件采用计算有功功率的正负作为判据，则故障第1 阶段保护存在误动风险。为此，灵活接地方式下，保护可采用相位比较的方法，考虑一定的裕度，可按零序电流超前零序电压165°～190°整定。

灵活接地方式下，零序功率方向保护的耐过渡电阻能力同时受限于零序电流和零序电压。根据2.1 节分析，零序电流应躲过系统正常运行阶段最大不平衡零序电流（7.5 A），由式（3）可得，其对应的过渡电阻约为760 Ω。而目前零序电压多为三相电压合成或取自电压互感器开口三角形侧，存在较大的不平衡电压，考虑互感器精度及装置测量误差的影响，保护准确测量零序电压的下限为2%的额定电压［25］，即保护最小精确工作电压约为120 V，由式（2）可得，其对应的过渡电阻约为500 Ω。因此，零序功率方向保护的耐过渡电阻能力主要受限于零序电压的测量精度，约为500 Ω。

根据2.3 节分析，当系统的电容电流较大时，若消弧线圈采用随调式，并联小电阻投切装置启动的耐过渡电阻能力较差，可能小于500 Ω，这种情况下，保护的耐过渡电阻能力就受限于并联小电阻投切装置的启动。

3.4 电压制动式零序电流保护的适应性分析

电压制动式零序电流保护［7］根据小电阻接地系统单相接地时，零序电流与零序电压成正比的特征，引入零序电压作为制动量，自适应调整动作定值Iset，即：

根据式（4）和式（5），灵活接地系统接地故障的各个阶段，零序电流均仍与零序电压成正比。因此，电压制动式零序电流保护在灵活接地方式下仍适用。

根据2.1 节分析，灵活接地方式下，保护最小动作电流Iset，min应躲过系统正常运行时的最大不平衡零序电流（7.5 A），耐过渡电阻能力约为760 Ω，相比于小电阻接地方式有所下降。

根据2.2 节分析，保护动作电流Iset应满足：1）大于故障第1 阶段单相接地时所有出线的零序电流；2）大于故障第2 阶段健全出线零序电流；3）小于故障第2 阶段故障出线零序电流。因此，对于故障出线，制动系数K应满足：

式中：İ0i，1和İ0i，2分别为健全出线i在故障第1、2 阶段的零序电流。

可以看出K的边界取值范围与线路零序测量导纳相关，结合3.3 节分析，K的下限值应取3.65 mS，上限值应取33.3 mS，考虑动作可靠系数Krel=1.3，灵活接地方式下，可取4.7 mS＜K＜25.6 mS。可见，相比于小电阻接地方式，其制动系数的上限不变，下限略有上升。

3.5 电流比较式保护的适应性分析

根据所利用的零序电流特征量的不同，零序电流比较式保护可分为零序电流群体比幅比相式保护［9］和出线零序电流与中性点零序电流比较式保护［10］。

3.5.1 零序电流群体比幅比相式保护

零序电流群体比幅比相法［9］的故障判据为：在零序电流幅值最大的若干条出线中，若某条出线零序电流相位超前其他任意出线零序电流相位均在85°～110°内，则该出线为故障线路；若各出线零序电流相位差均在30°以内，则判为母线接地故障。

根据2.1 节分析，保护最小动作电流应躲过灵活接地系统正常运行时最大不平衡电流，耐过渡电阻能力约为760 Ω。

故障第1 阶段时，故障出线零序电流相位超前健全出线零序电流0°～73.1°。可见，零序电流群体比幅比相法在故障第1 阶段时可能将出线接地故障误判为母线接地故障。因此，灵活接地方式下，零序电流群体比幅比相法的母线接地故障判据失效。

故障第2 阶段时，故障出线零序电流相位超前健全出线零序电流85.8°～95.7°。考虑一定裕度，灵活接地方式下，出线接地故障判据应修正为：若某条出线零序电流相位超前其他任意出线零序电流相位在75°～105°内，该出线为故障出线。可见，其相对于小电阻接地方式下的范围减小。

由于该方法需要测量所有出线的零序电流，仅能通过在变电站内配置独立的集中式保护装置实现，不适用于通道较少的出线保护装置。

3.5.2 出线零序电流与中性点零序电流比较式保护

出线零序电流与中性点电流比较法［10］利用流经中性点电阻的电流与零序电压同相位，引入中性点电阻电流作为零序电压的极化相量，其原理在本质上与零序功率方向保护相同，动作定值为：

式中：İR为中性点电阻电流；İt为出线零序电流在中性点电阻电流上的投影；Id为投影量和中性点电阻电流的差动电流，对于故障出线，差动电流值较小，接近于0，对于健全出线，差动电流值较大，接近于中性点电流值；Iz为差动电流定值。

该方法以中性点电阻电流作为启动量，应用于灵活接地方式时，其耐过渡电阻能力仅受限于并联小电阻投切装置的启动，且从根本上避免了故障第1 阶段保护误动的问题。

根据该原理，对于不同原理的出线保护，均可通过引入中性点电阻电流或并联小电阻投切装置的开关量作为保护启动判据。但实际应用中，应考虑零序电流互感器的带负载能力或开关辅助触点数量，以及母线分列、并联运行时中性点电阻电流如何获取的问题。

3.6 波形畸变式保护适应性分析

波形畸变式保护［11-12］是利用接地电弧的热效应，导致接地电阻在接地电流过零点附近急剧增大，之后迅速衰减，使故障电流表现为“零休”现象的特征以检测故障。小电阻接地系统接地故障时，故障出线零序电流主要为阻性分量，波形的非线性畸变集中分布于过零点附近，即存在“零休”现象；而健全出线零序电流主要为容性分量，同故障出线零序电流相位相差90°，波形非线性畸变集中分布于峰值附近，如图4 所示。

图4 小电阻接地系统高阻接地故障零序电流波形Fig.4 Zero-sequence current waveforms of highimpedance grounding fault in low-resistance grounded system

根据2.2 节分析，灵活接地系统接地故障第1 阶段时，故障出线、健全出线零序电流均主要为容性分量，电流波形的非线性畸变均分布于过零点附近，引起“零休”现象，如图5 所示。因此，故障第1 阶段的故障出线、健全出线零序电流的波形畸变特征均与小电阻接地系统高阻接地时故障出线零序电流相同。因此，波形畸变式保护在灵活接地系统故障第1阶段存在误动风险，不仅会使故障出线保护提前动作，也会导致健全出线保护误动作，从而引发非故障区域供电中断。

图5 谐振接地系统高阻接地故障零序电流波形Fig.5 Zero-sequence current waveform of highimpedance grounding fault in resonance grounded system

3.7 电流突变式保护的适应性分析

谐振接地系统中，消弧线圈并联中电阻法［13］利用中电阻（约140 Ω）投入前后零序电流突变的特征实现故障保护，也称零序电流突变式保护，与3.5.2节所述出线零序电流与中性点零序电流比较式保护相同，电流突变式保护也需要引入并联小电阻投切装置的开关量。

按照所利用的特征量的不同，中电阻法可分为零序电流幅值增量法、零序电流有功增量法和零序功率方向法，其中，零序功率方向法的原理和适应性与3.3 节相同，不再赘述。

3.7.1 零序电流幅值增量法

零序电流幅值增量法的原理是利用单相接地故障并联小电阻投入后流过并联小电阻上的电流使故障出线零序电流幅值增大来检测故障线路。根据1.1 节分析，当过渡电阻大于临界过渡电阻时，并联电阻投入后，故障出线零序电流幅值非但不增大，反而减小，此时零序电流幅值增量法将失效。由式（9）得，使故障第1、2 阶段故障出线零序电流幅值保持不变（TM=1）的临界过渡电阻约为：

根据式（9），设v=−8%，可得TM在不同条件下随过渡电阻的变化情况，如图6 所示。可见，当系统对地电纳、故障出线本身对地电纳相同时，灵活接地方式下的零序电流幅值增量法的耐过渡电阻能力略高于消弧线圈并联中电阻法。

图6 故障第1、2 阶段故障线路零序电流幅值之比的变化Fig.6 Changes of ratio of zero-sequence current amplitude of fault line in the first and second stages

3.7.2 零序电流有功增量法

零序电流有功增量法的原理是利用并联小电阻上产生的电流为有功分量来检测故障线路。根据式（2）、式（13）和式（14），故障第1、2 阶段，故障出线零序电流有功分量的幅值之比为：

由式（22）可得，对于一个确定的灵活接地系统，即当系统对地电纳、失谐度、阻尼率、并联小电阻阻值一定时，TP的大小仅与过渡电阻有关，与故障出线本身的对地电纳无关：当d≤−v时，无论过渡电阻多大，故障第2阶段的零序有功电流幅值相比第1阶段总是增大；当d＞−v时，故障第2 阶段的零序有功电流幅值相比第1 阶段可能增大，也可能减小，TP=1 时的临界过渡电阻R′f0为：

可见，对于一个绝缘良好（d≤−v）的灵活接地系统，零序电流有功分量法的适应性高于零序电流幅值增量法；对于绝缘劣化的灵活接地系统，零序电流有功分量法将失效。但无论线路绝缘情况如何，故障第2 阶段故障出线零序电流中有功分量的占比始终大于故障第1 阶段。

然而，零序电流有功增量法的可靠性同样受零序电压测量精度的影响。根据式（2）可知，当Rn=140 Ω 时，保护的最小精确工作电压（120 V）对应的过渡电阻达3 kΩ 以上；而根据3.3 节分析，当Rn=10 Ω 时，保护的最小精确工作电压（120 V）对应的过渡电阻不足500 Ω。因此，灵活接地方式下零序电流有功增量法耐过渡电阻能力低于消弧线圈并联中电阻法。

4 灵活接地系统中接地保护的适应性结论

根据上述分析，得到已有配电网接地保护方法在灵活接地系统的适应性结论。

1）定时限零序过电流保护的动作定值应在确保消弧线圈合理补偿的前提下，在原有定值基础上提高至少10 A，耐过渡电阻能力不足110 Ω。

2）零序功率方向保护的最小动作电流受限于系统正常运行时的最大不平衡零序电流，耐过渡电阻能力约为500 Ω；功率方向元件应采用定值更为严格的电压电流相位比较法。

3）灵活接地方式下没有必要使用反时限零序电流保护。

4）电压制动式零序电流保护的耐过渡电阻能力受限于最小动作电流，约为750 Ω；制动系数K的下限值相比小电阻接地系统应适当升高。

5）电流比较式保护中，零序电流群体比幅比相法在母线接地时判据失效，线路接地时耐过渡电阻能力约为750 Ω；出线零序电流与中性点电流比较法的耐过渡电阻能力可达3 kΩ。

6）波形畸变式保护由于保护原理的限制，不仅会使故障出线保护提前动作，也会导致健全出线保护误动作。

7）电流突变式保护中，零序电流幅值增量法的耐过渡电阻能力高于并联中电阻法；零序电流有功增量法的耐过渡电阻能力低于并联中电阻法。

此外，灵活接地系统中可根据并联小电阻投切前后电气量的变化特征构成判据，其变化量主要与中性点小电阻有关，受线路参数、绝缘情况的影响较小。

5 结语

本文通过分析目前主流的接地故障保护方法，发现大部分方法在灵活接地方式下的保护性能有所下降。

1）对于定时限零序过电流保护、零序功率方向保护、电压制动式零序电流保护、零序电流群体比幅比相法，其本质原因是无法识别系统状态（并联小电阻是否投入），为避免消弧线圈补偿阶段误动、提高保护定值从而导致保护性能下降。

2）波形畸变式保护无法通过改进保护定值来避免消弧线圈补偿阶段误动，若无法获取小电阻投入信号则无法适用于灵活接地系统。电流突变式保护能否适用于灵活接地系统，系统状态能否准确识别也是关键条件。

3）相对的，出线零序电流与中性点零序电流比较式保护因引入了并联电阻电流信号，可准确识别灵活接地系统状态，故保护性能不变。

为此，对于出线接地保护，可通过接入流过并联小电阻上的电流量或并联小电阻投切的开关量作为保护启动量，但应注意零序电流互感器的带负载能力或开关辅助触点的数量，以及母线分列、并列运行时并联小电阻的电流切换问题；条件允许时，宜采用集中式保护。对于线路分段保护或分支线保护，由于并联小电阻电流量或投切开关量信息获取存在困难，需进一步研究仅利用保护自身的特征量即可识别并联小电阻投入时刻，或者从原理上不受并联小电阻投入前故障特征影响的灵活接地系统接地保护。