经低电阻接地的20 kV线路零序电流保护分析

景巍巍

摘 要：20 kV系统中性点经20 Ω小电阻接地，单相接地时产生零序电流，零序电流的大小主要取决于中性点电阻。相应的20 kV线路应增设零序过流保护。零序电流应尽量取自套在电缆上的穿芯式CT，这样零序电流定值只按躲过本线路的电容电流整定，定值可整定的较低，零序保护的灵敏度相应较高。

关键词：低电阻 20 kV 零序保护

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配电网可以提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。目前，在中压配网中应用20 kV电压等级正越来越受到重视。

20 kV系统中性点接地方式分为二类，Ⅰ类：中性点经低电阻接地；Ⅱ类：中性点经消弧线圈接地或不接地。

该文对中性点经低电阻接地系统的零序保护进行简单分析。

1 接地电阻的选择

按江苏省公司颁发的设备规范和技术导则，20 kV系统接地电阻为20 Ω，保证系统发生单相接地时能可靠跳开故障线路。

2 电网单相接地的故障分析

2.1 单相接地的故障分析

电网接线如图1。

设在线路n发生A相接地故障，故障点离母线的线路长度为Lk。

此时的故障复合序网为：

根据图二的故障复合序网，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：综合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1为线路单位长度的正序阻抗，XT1：变压器正序阻抗，XS1：系统的正序阻抗。

Z∑2：综合负序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2为线路单位长度的负序阻抗，XT2：变压器负序阻抗，XS2：系统的负序阻抗。

Z∑0：综合负序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0为线路单位长度的零序阻抗，XT0：变压器零序阻抗。

在配电网中，可以认为Z∑1=Z∑2。

则3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

实际系统的故障电流计算举例

下面就某110 kV变电所2007年的系统参数为例，进行简单计算（计算取标么值）

基准值选取：

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

参数：在最小运行方式下：系统阻抗XS1=0.25，

中性点接地电阻20 Ω，换算成标么值4.5351。

主变：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分数=12%，

则XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV线路采用铝芯绝缘导线，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（标么值）。

Z0=3Z1。

线路故障点离母线的线路长度为Lk。不同的Lk下对应的故障电流如表1。

可见单相接地的故障电流随故障点远近变化不大。

2.2 故障电流影响因素分析

仍以上面参数为例，当Lk=5kM时：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根据计算结果，可见（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）远小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），则单相接地的零序电流略小于EA/R。

可见单相接地的零序电流主要取决于中性点接地电阻的大小。

3 20 kV线路零序保护配置

3.1 保护配置的原则

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，故障电流较大，并有零序电流产生。因此线路保护应配置零序过流保护，动作于跳闸。

3.2 零序电流的获取

方法一：取自套在电缆上的穿芯式CT。运行特点：在正常运行和相间短路时，穿芯式CT无不平衡电流。

方法二：取自出线CT的自产零序电流（三相电流相加）。运行特点：在正常运行时存在三相CT的误差引起不平衡电流；在相间故障时存在CT的饱和特性的差异引起的不平衡电流。

3.3 零序电流定值整定原则

在系统发生单相接地时，故障线路流过故障电流。非故障线路流过的零序电流为本线路的接地电容电流。因此：

3.3.1 对零序电流取自穿芯式CT的。

零序保护定值按躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，取1.25

IC：本线路的接地电容电流

3.3.2 对零序电流取自出线CT自产零序电流的。

零序保护定值按下面两个条件整定，取较大值为整定值。

躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，可靠系数取1.25。

IC：本线路的接地电容电流

躲过配电变压器低压侧三相短路流过本保护的最大不平衡电流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系数，取1.2～1.3

Ibp.max：配电变压器低压侧三相短路最大不平衡电流

考虑线路经高阻接地故障时保护的灵敏度，零序过流定值应不大于300 A。

根据运行经验：线路的电容电流较小，20 kV电缆线路的电容电流按10 kV电缆的2～2.5倍考虑，约2 A～3 A/km，5 km的电缆线路电容电流约十几安，远小于线路配电变压器低压侧短路时流过保护的最大不平衡电流。因此按躲过线路的接地电容电流整定的零序过流保护定值可以整定的较低。

即零序电流取自穿芯式CT的定值可以整定的较低，相应的对接地故障的灵敏度较高。

3.4 零序电流保护的灵敏度校验

零序电流的灵敏度对线路末段金属性接地故障的灵敏系数不小于1.5。

4 结语

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，产生零序电流（主要决定于中性点电阻）。因此线路保护配置应增加零序过流保护，动作于跳闸。通过对零序电流的分析计算，合理整定零序电流定值，才能保证线路零序保护的正确动作，保证系统的安全稳定运行。

参考文献

[1] 江苏省电力公司编著.电力系统继电保护原理与实用技术[M].中国电力出版社，2006.

[2] 江苏省电力公司编著.20 kV配电系统技术导则[Z].2007.endprint

摘 要：20 kV系统中性点经20 Ω小电阻接地，单相接地时产生零序电流，零序电流的大小主要取决于中性点电阻。相应的20 kV线路应增设零序过流保护。零序电流应尽量取自套在电缆上的穿芯式CT，这样零序电流定值只按躲过本线路的电容电流整定，定值可整定的较低，零序保护的灵敏度相应较高。

关键词：低电阻 20 kV 零序保护

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配电网可以提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。目前，在中压配网中应用20 kV电压等级正越来越受到重视。

20 kV系统中性点接地方式分为二类，Ⅰ类：中性点经低电阻接地；Ⅱ类：中性点经消弧线圈接地或不接地。

该文对中性点经低电阻接地系统的零序保护进行简单分析。

1 接地电阻的选择

按江苏省公司颁发的设备规范和技术导则，20 kV系统接地电阻为20 Ω，保证系统发生单相接地时能可靠跳开故障线路。

2 电网单相接地的故障分析

2.1 单相接地的故障分析

电网接线如图1。

设在线路n发生A相接地故障，故障点离母线的线路长度为Lk。

此时的故障复合序网为：

根据图二的故障复合序网，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：综合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1为线路单位长度的正序阻抗，XT1：变压器正序阻抗，XS1：系统的正序阻抗。

Z∑2：综合负序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2为线路单位长度的负序阻抗，XT2：变压器负序阻抗，XS2：系统的负序阻抗。

Z∑0：综合负序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0为线路单位长度的零序阻抗，XT0：变压器零序阻抗。

在配电网中，可以认为Z∑1=Z∑2。

则3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

实际系统的故障电流计算举例

下面就某110 kV变电所2007年的系统参数为例，进行简单计算（计算取标么值）

基准值选取：

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

参数：在最小运行方式下：系统阻抗XS1=0.25，

中性点接地电阻20 Ω，换算成标么值4.5351。

主变：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分数=12%，

则XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV线路采用铝芯绝缘导线，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（标么值）。

Z0=3Z1。

线路故障点离母线的线路长度为Lk。不同的Lk下对应的故障电流如表1。

可见单相接地的故障电流随故障点远近变化不大。

2.2 故障电流影响因素分析

仍以上面参数为例，当Lk=5kM时：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根据计算结果，可见（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）远小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），则单相接地的零序电流略小于EA/R。

可见单相接地的零序电流主要取决于中性点接地电阻的大小。

3 20 kV线路零序保护配置

3.1 保护配置的原则

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，故障电流较大，并有零序电流产生。因此线路保护应配置零序过流保护，动作于跳闸。

3.2 零序电流的获取

方法一：取自套在电缆上的穿芯式CT。运行特点：在正常运行和相间短路时，穿芯式CT无不平衡电流。

方法二：取自出线CT的自产零序电流（三相电流相加）。运行特点：在正常运行时存在三相CT的误差引起不平衡电流；在相间故障时存在CT的饱和特性的差异引起的不平衡电流。

3.3 零序电流定值整定原则

在系统发生单相接地时，故障线路流过故障电流。非故障线路流过的零序电流为本线路的接地电容电流。因此：

3.3.1 对零序电流取自穿芯式CT的。

零序保护定值按躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，取1.25

IC：本线路的接地电容电流

3.3.2 对零序电流取自出线CT自产零序电流的。

零序保护定值按下面两个条件整定，取较大值为整定值。

躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，可靠系数取1.25。

IC：本线路的接地电容电流

躲过配电变压器低压侧三相短路流过本保护的最大不平衡电流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系数，取1.2～1.3

Ibp.max：配电变压器低压侧三相短路最大不平衡电流

考虑线路经高阻接地故障时保护的灵敏度，零序过流定值应不大于300 A。

根据运行经验：线路的电容电流较小，20 kV电缆线路的电容电流按10 kV电缆的2～2.5倍考虑，约2 A～3 A/km，5 km的电缆线路电容电流约十几安，远小于线路配电变压器低压侧短路时流过保护的最大不平衡电流。因此按躲过线路的接地电容电流整定的零序过流保护定值可以整定的较低。

即零序电流取自穿芯式CT的定值可以整定的较低，相应的对接地故障的灵敏度较高。

3.4 零序电流保护的灵敏度校验

零序电流的灵敏度对线路末段金属性接地故障的灵敏系数不小于1.5。

4 结语

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，产生零序电流（主要决定于中性点电阻）。因此线路保护配置应增加零序过流保护，动作于跳闸。通过对零序电流的分析计算，合理整定零序电流定值，才能保证线路零序保护的正确动作，保证系统的安全稳定运行。

参考文献

[1] 江苏省电力公司编著.电力系统继电保护原理与实用技术[M].中国电力出版社，2006.

[2] 江苏省电力公司编著.20 kV配电系统技术导则[Z].2007.endprint

摘 要：20 kV系统中性点经20 Ω小电阻接地，单相接地时产生零序电流，零序电流的大小主要取决于中性点电阻。相应的20 kV线路应增设零序过流保护。零序电流应尽量取自套在电缆上的穿芯式CT，这样零序电流定值只按躲过本线路的电容电流整定，定值可整定的较低，零序保护的灵敏度相应较高。

关键词：低电阻 20 kV 零序保护

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0063-02

20 kV配电网可以提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源。目前，在中压配网中应用20 kV电压等级正越来越受到重视。

20 kV系统中性点接地方式分为二类，Ⅰ类：中性点经低电阻接地；Ⅱ类：中性点经消弧线圈接地或不接地。

该文对中性点经低电阻接地系统的零序保护进行简单分析。

1 接地电阻的选择

按江苏省公司颁发的设备规范和技术导则，20 kV系统接地电阻为20 Ω，保证系统发生单相接地时能可靠跳开故障线路。

2 电网单相接地的故障分析

2.1 单相接地的故障分析

电网接线如图1。

设在线路n发生A相接地故障，故障点离母线的线路长度为Lk。

此时的故障复合序网为：

根据图二的故障复合序网，可以求得：

3I0=3IK1=3EA/（Z∑1+Z∑2+Z∑0）

其中，Z∑1：综合正序阻抗，Z∑1=Z1*Lk + jXT1+ jXS1。Z1为线路单位长度的正序阻抗，XT1：变压器正序阻抗，XS1：系统的正序阻抗。

Z∑2：综合负序阻抗，Z∑2=Z2*Lk+ jXT2+ jXS2。Z2为线路单位长度的负序阻抗，XT2：变压器负序阻抗，XS2：系统的负序阻抗。

Z∑0：综合负序阻抗，Z∑0=Z0*Lk+ jXT0+3R。Z0为线路单位长度的零序阻抗，XT0：变压器零序阻抗。

在配电网中，可以认为Z∑1=Z∑2。

则3I0=3EA/〔3R+（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）〕

实际系统的故障电流计算举例

下面就某110 kV变电所2007年的系统参数为例，进行简单计算（计算取标么值）

基准值选取：

Uj=21kV，Sj=100MVA。（Ij=2.749 kA，Zj=4.41 Ω。）

参数：在最小运行方式下：系统阻抗XS1=0.25，

中性点接地电阻20 Ω，换算成标么值4.5351。

主变：110 kV/21 kV，容量63 MVA，阻抗百分数=12%，

则XT1=0.1905，取XT0=0.8 XT1=0.1524。

20 kV线路采用铝芯绝缘导线，截面185 mm2，取Z1=0.0529 Ω/kM（标么值）。

Z0=3Z1。

线路故障点离母线的线路长度为Lk。不同的Lk下对应的故障电流如表1。

可见单相接地的故障电流随故障点远近变化不大。

2.2 故障电流影响因素分析

仍以上面参数为例，当Lk=5kM时：

（2Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+2XS1）=2.3559，3R=13.6053。

根据计算结果，可见（2Z1+Z0）*Lk+ j（2XT1+XT0+2XS1）远小于3R，

若忽略（2 Z1+Z0）*Lk+j（2XT1+XT0+ 2XS1），则单相接地的零序电流略小于EA/R。

可见单相接地的零序电流主要取决于中性点接地电阻的大小。

3 20 kV线路零序保护配置

3.1 保护配置的原则

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，故障电流较大，并有零序电流产生。因此线路保护应配置零序过流保护，动作于跳闸。

3.2 零序电流的获取

方法一：取自套在电缆上的穿芯式CT。运行特点：在正常运行和相间短路时，穿芯式CT无不平衡电流。

方法二：取自出线CT的自产零序电流（三相电流相加）。运行特点：在正常运行时存在三相CT的误差引起不平衡电流；在相间故障时存在CT的饱和特性的差异引起的不平衡电流。

3.3 零序电流定值整定原则

在系统发生单相接地时，故障线路流过故障电流。非故障线路流过的零序电流为本线路的接地电容电流。因此：

3.3.1 对零序电流取自穿芯式CT的。

零序保护定值按躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，取1.25

IC：本线路的接地电容电流

3.3.2 对零序电流取自出线CT自产零序电流的。

零序保护定值按下面两个条件整定，取较大值为整定值。

躲过本线路的接地电容电流整定，I0.DZ>KK IC

KK：可靠系数，可靠系数取1.25。

IC：本线路的接地电容电流

躲过配电变压器低压侧三相短路流过本保护的最大不平衡电流整定，

I0.DZ>KK Ibp.max

KK：可靠系数，取1.2～1.3

Ibp.max：配电变压器低压侧三相短路最大不平衡电流

考虑线路经高阻接地故障时保护的灵敏度，零序过流定值应不大于300 A。

根据运行经验：线路的电容电流较小，20 kV电缆线路的电容电流按10 kV电缆的2～2.5倍考虑，约2 A～3 A/km，5 km的电缆线路电容电流约十几安，远小于线路配电变压器低压侧短路时流过保护的最大不平衡电流。因此按躲过线路的接地电容电流整定的零序过流保护定值可以整定的较低。

即零序电流取自穿芯式CT的定值可以整定的较低，相应的对接地故障的灵敏度较高。

3.4 零序电流保护的灵敏度校验

零序电流的灵敏度对线路末段金属性接地故障的灵敏系数不小于1.5。

4 结语

中性点经小电阻接地后，在单相接地时，产生零序电流（主要决定于中性点电阻）。因此线路保护配置应增加零序过流保护，动作于跳闸。通过对零序电流的分析计算，合理整定零序电流定值，才能保证线路零序保护的正确动作，保证系统的安全稳定运行。

参考文献

[1] 江苏省电力公司编著.电力系统继电保护原理与实用技术[M].中国电力出版社，2006.

[2] 江苏省电力公司编著.20 kV配电系统技术导则[Z].2007.endprint