經(jīng)電阻接地電力系統(tǒng)的接地保護(hù)研究

賴進(jìn)藝

摘 要：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合技術(shù)問(wèn)題，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式運(yùn)用非常廣，而探討其運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題也是非常有意義的。簡(jiǎn)要闡述了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式的線路單相接地時(shí)電流流向和保護(hù)的整定方式，及其中存在問(wèn)題，分析了一起小電阻接地系統(tǒng)接地變?cè)郊?jí)跳閘案例，對(duì)線路和接地變零序電流整定值的配合方式提出了建議，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)；接地方式；保護(hù)整定；母線

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.151

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式與其他接地方式相比有很大的優(yōu)勢(shì)。該接地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，接地設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維修，中性點(diǎn)電阻一旦接入不需要經(jīng)常改變，所需設(shè)備和投資不多，但是，經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且小電阻接地方式可以準(zhǔn)確、快速地切斷故障線路，縮短故障排查時(shí)間，有效避免10 kV系統(tǒng)單相接地過(guò)電壓燒壞設(shè)備，導(dǎo)致人員觸電。這對(duì)保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全和人們的生命安全有非常重要的意義。近年來(lái)，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方式被廣泛應(yīng)用于我國(guó)城市配電網(wǎng)中，而探討其實(shí)施方案有非常重要的意義。本文簡(jiǎn)要介紹了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方式應(yīng)用于10 kV配網(wǎng)中存在的一些問(wèn)題，旨在完善10 kV配網(wǎng)中性點(diǎn)小電阻接地技術(shù)，提升其用電安全性。

1 線路單相接地時(shí)電流流向分析

當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路上的故障電流為系統(tǒng)非故障元件上的電容電流之和。小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時(shí)的故障電流和電容電流流向分布合成情況如圖1所示。

當(dāng)線路單相接地時(shí)，故障電流（圖1中實(shí)線箭頭）及其流向?yàn)椋?I0從線路接地相的母線（A相）分成三路，一路進(jìn)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(diǎn)O，再流經(jīng)接地變Rg，由接地變?yōu)閺慕拥攸c(diǎn)流入大地，經(jīng)大地流入線路A相故障

點(diǎn)，進(jìn)入A相線路后直接流向A相母線。

在圖1中，小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時(shí)，電流流向分布圖線路單相接地時(shí)的電容電流（圖1中虛線箭頭）及其流向?yàn)椋弘娙蓦娏鲝哪妇€的非接地相（B相、C相）分成若干路，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(duì)地電容流入大地，經(jīng)大地流入線路A相故障點(diǎn)，再流入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繞組流向母線的非接地相（B相、C相）。

2 整定方式和存在的問(wèn)題

2.1 零序保護(hù)的整定方式

小電阻接地系統(tǒng)線路零序保護(hù)整定方式的定值要滿足以下幾個(gè)條件：①按照單相接地故障可靠性系數(shù)大于2整定；②按照各種情況下可能出現(xiàn)的最大不平衡電流整定；③按照架空線路全線路55～60 Ω高阻接地時(shí)，大于1.3的靈敏度整定；④動(dòng)作時(shí)間可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的情況和運(yùn)行要求來(lái)選擇，一般可與相應(yīng)的電流Ⅰ段、Ⅱ段配合。

2.2 變零序保護(hù)的整定方式

接地變零序過(guò)流保護(hù)作為線路零序保護(hù)的后備，主要用于躲避正常不平衡電流，并按照系統(tǒng)中經(jīng)60 Ω高阻接地時(shí)大于1.5的靈敏度整定，將時(shí)間與出線配合。

當(dāng)線路接地時(shí)，先由線路的零序保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)跳閘，隔離接地點(diǎn)；當(dāng)線路開關(guān)拒動(dòng)，則接地變的零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，首先跳母分開關(guān)。如果母分開關(guān)原來(lái)處于運(yùn)行狀態(tài)，其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 存在的問(wèn)題

目前，有許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。但是，當(dāng)電流互感器正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橛?jì)算變比與實(shí)際變比不一致，伏安特性不一致，傳變誤差等，產(chǎn)生了不平衡電流，并且該不平衡電流與線路電流成正比，進(jìn)而影響了保護(hù)整定。

當(dāng)一條線路單相高阻接地，接地電流尚未達(dá)到保護(hù)整定值，但高阻接地發(fā)生在同一母線上的2條線路上，且接地相相同時(shí)，2條線路的接地電流疊加，超過(guò)了接地變?cè)O(shè)置的整定值，使得整個(gè)母線失電。即使是一條線路長(zhǎng)期高阻接地，也不利于其安全運(yùn)行。

接地變高壓零流定值與10 kV出線Ⅱ段零序保護(hù)定值應(yīng)相互配合，而且它們之間會(huì)留有一定的死區(qū)。但是，電流互感器難免會(huì)有誤差，當(dāng)接地變與出線互感器的誤差方向相反時(shí)，死區(qū)可能會(huì)消失，存在交叉地帶；當(dāng)線路高阻接地，故障電流處于交叉范圍內(nèi)，則會(huì)導(dǎo)致接地變保護(hù)越級(jí)動(dòng)作。

3 接地變?cè)郊?jí)跳閘案例分析

3.1 背景介紹

某110 kV變電站是一座全戶內(nèi)布置的綜合自動(dòng)化變電所，10 kV部分采用金屬鎧裝中置柜設(shè)備。目前，變電所擁有主變壓器3臺(tái)，總?cè)萘?20 MVA；110 kV系統(tǒng)擁有線路3回，開關(guān)3臺(tái)，采用線變組接線方式；10 kV系統(tǒng)擁有線路36回，開關(guān)45臺(tái)，電容器3組，采用單母線分段接線，小電阻接地方式，中性點(diǎn)電阻10 Ω。

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

1×3#3接地變電流取自接地電阻套管流變，變比200/5，高壓側(cè)零流一次整定值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(hù)采用三相電流之和，變比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 事件經(jīng)過(guò)

2014-03-13T19：27，110 kV某變電站10 kV的Ⅳ段母線接地，1×3#3接地變保護(hù)動(dòng)作（高壓零序電流Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段動(dòng)作），跳接地變開關(guān)，連跳104#3主變開關(guān)，10 kV的Ⅳ母線失電。

2014-03-13T20：05，操作班現(xiàn)場(chǎng)檢查141銅元線保護(hù)啟動(dòng)未出口，接地變保護(hù)動(dòng)作跳閘連跳主變開關(guān)，其他未發(fā)現(xiàn)異常，監(jiān)控已拉開各分路配網(wǎng)倒負(fù)荷，變電站操作接地變改冷備用，備投停用。

2014-03-13T22：00，檢修建議用104#3主變開關(guān)沖母線。但是，141銅元線在未明確線路無(wú)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(yùn)行，送電正常。

3.3 原因分析

檢查Ⅳ段母線上所有出線間隔線路保護(hù)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，141銅元線有零序電流保護(hù)啟動(dòng)錄波，未出口。調(diào)取141銅元線啟動(dòng)時(shí)的波形圖進(jìn)行分析，電流波形、電壓波形平滑無(wú)畸變，3I0與UA基本同相位，A相電壓比正常運(yùn)行時(shí)降低約3 V。由此可以認(rèn)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。而本線路保護(hù)零序Ⅱ段定值也是80 A，所以，保護(hù)處于臨界狀態(tài)。

分析1×3#3接地變動(dòng)作時(shí)的波形圖可知，母線上發(fā)生A相穩(wěn)態(tài)接地，A相母線電壓下降少許，前半段零序電流折算到一次值為58.2 A，保護(hù)處于臨界狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)展到后半段，零序電流略有增大，折算到一次值為63.2 A，接地保護(hù)零序Ⅱ段定值是60 A，經(jīng)1.6 s延時(shí)保護(hù)動(dòng)作。

根據(jù)接地變零序電流錄波值計(jì)算，此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，推算此次接地故障過(guò)渡阻抗達(dá)80 Ω以上，屬于超過(guò)10 kV小電阻接地系統(tǒng)架空線的正常故障。

110 kV某變各出線零序保護(hù)定值按兩段配置，零序Ⅰ段整定為160 A/0.3 s動(dòng)作，零序Ⅱ段整定為80 A/1.3 s動(dòng)作。80 A這個(gè)數(shù)值考慮到了可靠躲過(guò)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，沒有進(jìn)一步減小的空間。

分析小電阻接地系統(tǒng)線路單相接地時(shí)電流流向分布圖可知，接地變中性點(diǎn)電阻上僅流過(guò)接地故障電流，所以，當(dāng)A相發(fā)生故障時(shí)，存在線路保護(hù)零序電流采樣值比接地變大的情況。這也是在同樣靈敏度下接地變零序定值比線路小一點(diǎn)的原因。

結(jié)果表明，此次故障是單相故障過(guò)渡電阻過(guò)大導(dǎo)致的。過(guò)渡電阻約80 Ω，電流恰在線路零序保護(hù)、接地變零序的定值附近，保護(hù)處于可動(dòng)可不動(dòng)的臨界狀態(tài)，導(dǎo)致越級(jí)跳閘。80 Ω的過(guò)渡電阻也是超出接地保護(hù)整定計(jì)算的防衛(wèi)條件，屬于小概率事件。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，配電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性的問(wèn)題，它既涉及電網(wǎng)的安全性和可靠性，又涉及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式與其他接地方式相比，能夠提高配網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。所以，這是一種安全性相對(duì)比較高且運(yùn)行更為穩(wěn)定的接地技術(shù)，可以優(yōu)先考慮。相關(guān)研究者還應(yīng)不斷加大技術(shù)方面的投入力度，解決中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，力爭(zhēng)將其危險(xiǎn)性降至最低，大力推廣小電阻接地方式。本文主要探究和思考了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式在10 kV配網(wǎng)中應(yīng)用的一些要點(diǎn)和應(yīng)注意的問(wèn)題，以供相關(guān)人員參考。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕