10 kV配電網(wǎng)中性點有效接地方式探討

莫錦志

摘 要：選擇有效的配電網(wǎng)中性點接地方式，不僅對保證配電系統(tǒng)的正常運行有重要意義，對保證用戶的正常用電也有重要意義。分析了小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時的電流流向，探討了小電阻接地系統(tǒng)繼電保護的整定方式及其存在的問題，并通過分析小電阻接地系統(tǒng)接地變越級跳閘案例，提出了線路與接地變零序電流整定值的配合方式。

關(guān)鍵詞：小電阻接地；單相接地；配電網(wǎng)；電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.136

電力系統(tǒng)中性點有多種接地方式，主要分為大電流接地和小電流接地兩大類。如果沒有做好配電網(wǎng)中性點接地，則會對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行造成影響。因此，如何做好配電網(wǎng)中性點接地成為了相關(guān)工作人員需要解決的問題。下面對該問題進行分析。

1 小電阻接地系統(tǒng)單相接地電流分析

小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時的故障電流和電容電流流向分布合成圖如圖1所示。

圖1 小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時電流流向分布圖

線路單相接地時故障電流（圖1中的實線箭頭）及其流向為：3I0從線路的接地相的母線（A相）分成三路，一路進入接地變A相，一路Iob經(jīng)主變壓器的低壓側(cè)AB繞組，再流入接地變B相，一路Ioc經(jīng)主變壓器的低壓側(cè)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后流經(jīng)接地變Rg，再由接地變接地點流入大地；經(jīng)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。

線路單相接地時電容電流（圖1中的虛線箭頭）及其流向為：電容電流從母線的非接地相（B相、C相）分成多路，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(jīng)對地電容流入大地；經(jīng)大地流入線路A相故障點后流入A相母線，再流入主變壓器的低壓側(cè)A相，分成兩路，分別經(jīng)主變壓器的低壓側(cè)AB繞組和AC繞組，最后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 小電阻接地系統(tǒng)零序保護的整定方式

其定值要滿足以下4個條件：①按單相接地故障可靠性系數(shù)>2整定；②按各種情況下可能的最大不平衡電流整定；③按架空線路全線路55～60 Ω高阻接地時靈敏度>1.3整定；④動作時間可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備情況和運行要求選擇，一般可與相應(yīng)的電流Ⅰ、Ⅱ段配合。

2.2 接地變?yōu)榱阈虮Ｗo的整定方式

接地變?yōu)榱阈蜻^流保護主要作為線路零序保護的后備，以躲過正常的不平衡電流，并按系統(tǒng)中經(jīng)60 Ω高阻接地時靈敏度>1.5整定，整定時間可與出線配合確定。

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(guān)拒動時，接地變的零序過流保護越級動作，優(yōu)先跳母分開關(guān)，如果母分開關(guān)原先處于運行狀態(tài)，且母分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(cè)開關(guān)和接地變開關(guān)。

2.3 存在問題

目前，較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。但因電流互感器在正常運行時的計算變比與實際變比、伏安特性不一致，加之傳變誤差等原因會產(chǎn)生不平衡電流，且該不平衡電流與線路電流大小成正比，進而影響保護整定。

當一條線路單相高阻接地，接地電流尚未達到保護整定值，高阻接地發(fā)生在同一母線上的兩條線路，且接地相相同時，兩條線路的接地電流疊加，超過接地變設(shè)置的整定值，進而造成整個母線失電。即使一條線路長期高阻接地，也不利于系統(tǒng)的安全運行。

接地變高壓零流定值與10 kV出線Ⅱ段零序保護定值應(yīng)相互配合，之間需留有一定的死區(qū)，但電流互感器難免會產(chǎn)生誤差。當接地變與出線互感器的誤差方向相反時，可能導(dǎo)致死區(qū)消失，并產(chǎn)生交叉地帶。當線路高阻接地，故障電流處在交叉范圍內(nèi)時，將會造成接地變保護越級動作。

3 小電阻接地系統(tǒng)接地變越級跳閘分析

3.1 案例背景

某110 kV變電站是一座全戶內(nèi)布置綜合自動化變電所，10 kV部分采用金屬鎧裝中置柜設(shè)備。目前，變電所具有主變壓器3臺，總?cè)萘繛?20 MVA；110 kV系統(tǒng)有線路3回、開關(guān)3臺，采用線變組的接線方式；10 kV系統(tǒng)有線路36回、開關(guān)45臺和電容器3組，采用單母線分段接線和小電阻接地方式，中性點電阻為10 Ω。該變電所的部分接線方式如圖2所示。

圖2 某110 kV變電站接線方式圖

故障前，#3主變供Ⅳ段母線運行，130母聯(lián)開關(guān)熱備用。141～150線路均運行，故障前Ⅳ段母線有功為21 MW。

1X3#3接地變電流取自接地電阻套管流變，變比為200/5，高壓側(cè)零流一次整定值為60 A/1.6 s。接地變或母線接地故障，出口閉鎖130母聯(lián)備自投，跳#3主變10 kV開關(guān)和本身開關(guān)。

10 kV出線零序保護采用三相電流的和電流，變比為400/5，Ⅰ段一次整定值為160 A/0.3 s；Ⅱ段一次整定值為80 A/1.3 s。

3.2 事件經(jīng)過

2014-03-13T19：27，變電站10 kVⅣ段母線接地，1X3#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(guān)，連跳104#3主變開關(guān)，10 kVⅣ母線失電。

2014-03-13T20：05，操作班現(xiàn)場檢查141銅元線保護，接地變保護動作跳閘連跳主變開關(guān)，未發(fā)現(xiàn)其他異常，監(jiān)控已拉開各分路配網(wǎng)倒負荷，變電站操作接地變改冷備用，備投停用。

2014-03-13T22：00，檢修班建議用104#3主變開關(guān)沖母線，但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(diào)度發(fā)令接地變改運行，恢復(fù)送電。

3.3 原因分析

檢查Ⅳ段母線上所有出線間隔線路保護后發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時，141銅元線有零序電流保護啟動錄波，未出口。調(diào)取141銅元線啟動時波形分析：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下降約3 V，可認定本線上發(fā)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，本線路保護零序Ⅱ段定值也為80 A，保護處于臨界狀態(tài)。

1X3#3接地變動作時波形分析：母線上發(fā)生A相穩(wěn)態(tài)接地，A相母線電壓小幅度下降，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(tài)。故障發(fā)展到后半段時，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，1.6 s后保護動作。

根據(jù)接地變零序電流錄波值計算，本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，本次接地故障過渡阻抗達80 Ω以上，已超過10 kV小電阻接地系統(tǒng)架空線正常故障范圍。

該110 kV變電所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。數(shù)值為80 A可躲過三相CT合成零序電流在各種情況下可能出現(xiàn)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，不具有進一步減小的空間。

由圖1可知，接地變中性點電阻上僅流過接地故障電流，因此，在A相故障時，存在線路保護零序電流采樣值比接地變大的情況，也在相同靈敏度的要求下，接地變零序定值比線路的小。

本次故障是因單相故障過渡電阻過大引起的，其過渡電阻約為80 Ω，電流處于線路零序保護、接地變零序定值附近，保護處于臨界狀態(tài)，進而導(dǎo)致越級跳閘。80 Ω的過渡電阻是超出接地保護整定計算的防衛(wèi)條件，屬于小概率事件。

4 結(jié)束語

綜上所述，在采取中性點經(jīng)小電阻接地方式的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，接地變高壓零序電流是整個10 kV配電網(wǎng)的總后備，故障電流易對其造成總后備誤動作。因此，必須控制好線路保護零序Ⅱ段的定值。只有這樣，才能有效解決其與接地變零序總后備的配合問題，保證配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]吳世平.北京電網(wǎng)10 kV小電阻接地系統(tǒng)運行方式研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

[2]李甜甜.20 kV配電網(wǎng)中性點接地方式與繼電保護改造的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

〔編輯：張思楠〕