10 kV配电网中性点有效接地方式探讨

莫锦志

摘 要：选择有效的配电网中性点接地方式，不仅对保证配电系统的正常运行有重要意义，对保证用户的正常用电也有重要意义。分析了小电阻接地系统线路单相接地时的电流流向，探讨了小电阻接地系统继电保护的整定方式及其存在的问题，并通过分析小电阻接地系统接地变越级跳闸案例，提出了线路与接地变零序电流整定值的配合方式。

关键词：小电阻接地；单相接地；配电网；电力系统

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.136

电力系统中性点有多种接地方式，主要分为大电流接地和小电流接地两大类。如果没有做好配电网中性点接地，则会对电力系统的安全、稳定运行造成影响。因此，如何做好配电网中性点接地成为了相关工作人员需要解决的问题。下面对该问题进行分析。

1 小电阻接地系统单相接地电流分析

小电阻接地系统线路单相接地时的故障电流和电容电流流向分布合成图如图1所示。

图1 小电阻接地系统线路单相接地时电流流向分布图

线路单相接地时故障电流（图1中的实线箭头）及其流向为：3I0从线路的接地相的母线（A相）分成三路，一路进入接地变A相，一路Iob经主变压器的低压侧AB绕组，再流入接地变B相，一路Ioc经主变压器的低压侧AC绕组，再流入接地变C相；三路电流合成3I0流入接地变中性点O后流经接地变Rg，再由接地变接地点流入大地；经大地流入线路A相故障点，进入A相线路后直接流向A相母线。

线路单相接地时电容电流（图1中的虚线箭头）及其流向为：电容电流从母线的非接地相（B相、C相）分成多路，分别流入

各条线路的非故障相，并从各条线路的非故障相经对地电容流入大地；经大地流入线路A相故障点后流入A相母线，再流入主变压器的低压侧A相，分成两路，分别经主变压器的低压侧AB绕组和AC绕组，最后流向母线的非接地相（B相、C相）。

2 整定方式和存在的问题

2.1 小电阻接地系统零序保护的整定方式

其定值要满足以下4个条件：①按单相接地故障可靠性系数>2整定；②按各种情况下可能的最大不平衡电流整定；③按架空线路全线路55～60 Ω高阻接地时灵敏度>1.3整定；④动作时间可根据系统设备情况和运行要求选择，一般可与相应的电流Ⅰ、Ⅱ段配合。

2.2 接地变为零序保护的整定方式

接地变为零序过流保护主要作为线路零序保护的后备，以躲过正常的不平衡电流，并按系统中经60 Ω高阻接地时灵敏度>1.5整定，整定时间可与出线配合确定。

当线路接地时，先由线路的零序保护动作，启动跳闸，隔离接地点；当线路开关拒动时，接地变的零序过流保护越级动作，优先跳母分开关，如果母分开关原先处于运行状态，且母分跳开后接地电流消失，则接地线路接于另一条母线，故障被隔离；如果接地电流没有消失，则出口跳该母线所连主变低压侧开关和接地变开关。

2.3 存在问题

目前，较多馈线没有安装零序电流互感器，其零序电流取三相电流之和。但因电流互感器在正常运行时的计算变比与实际变比、伏安特性不一致，加之传变误差等原因会产生不平衡电流，且该不平衡电流与线路电流大小成正比，进而影响保护整定。

当一条线路单相高阻接地，接地电流尚未达到保护整定值，高阻接地发生在同一母线上的两条线路，且接地相相同时，两条线路的接地电流叠加，超过接地变设置的整定值，进而造成整个母线失电。即使一条线路长期高阻接地，也不利于系统的安全运行。

接地变高压零流定值与10 kV出线Ⅱ段零序保护定值应相互配合，之间需留有一定的死区，但电流互感器难免会产生误差。当接地变与出线互感器的误差方向相反时，可能导致死区消失，并产生交叉地带。当线路高阻接地，故障电流处在交叉范围内时，将会造成接地变保护越级动作。

3 小电阻接地系统接地变越级跳闸分析

3.1 案例背景

某110 kV变电站是一座全户内布置综合自动化变电所，10 kV部分采用金属铠装中置柜设备。目前，变电所具有主变压器3台，总容量为120 MVA；110 kV系统有线路3回、开关3台，采用线变组的接线方式；10 kV系统有线路36回、开关45台和电容器3组，采用单母线分段接线和小电阻接地方式，中性点电阻为10 Ω。该变电所的部分接线方式如图2所示。

图2 某110 kV变电站接线方式图

故障前，#3主变供Ⅳ段母线运行，130母联开关热备用。141～150线路均运行，故障前Ⅳ段母线有功为21 MW。

1X3#3接地变电流取自接地电阻套管流变，变比为200/5，高压侧零流一次整定值为60 A/1.6 s。接地变或母线接地故障，出口闭锁130母联备自投，跳#3主变10 kV开关和本身开关。

10 kV出线零序保护采用三相电流的和电流，变比为400/5，Ⅰ段一次整定值为160 A/0.3 s；Ⅱ段一次整定值为80 A/1.3 s。

3.2 事件经过

2014-03-13T19：27，变电站10 kVⅣ段母线接地，1X3#3接地变保护动作（高压零序电流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作）跳接地变开关，连跳104#3主变开关，10 kVⅣ母线失电。

2014-03-13T20：05，操作班现场检查141铜元线保护，接地变保护动作跳闸连跳主变开关，未发现其他异常，监控已拉开各分路配网倒负荷，变电站操作接地变改冷备用，备投停用。

2014-03-13T22：00，检修班建议用104#3主变开关冲母线，但141铜元线在未明确线路、无接地前不得送电。

2014-03-13T22：08，母线充电正常，接地变改检修。

接地变检查正常，2014-03-13T23：00，调度发令接地变改运行，恢复送电。

3.3 原因分析

检查Ⅳ段母线上所有出线间隔线路保护后发现，故障发生时，141铜元线有零序电流保护启动录波，未出口。调取141铜元线启动时波形分析：电流波形电压波形平滑无畸变，3I0与UA基本同相位，A相电压比正常运行时下降约3 V，可认定本线上发生A相电阻性高阻接地；零序电流二次有效值约为1 A，折算到一次值为80 A，本线路保护零序Ⅱ段定值也为80 A，保护处于临界状态。

1X3#3接地变动作时波形分析：母线上发生A相稳态接地，A相母线电压小幅度下降，前半段零序电流折算到一次值为58.2 A，保护处于临界状态。故障发展到后半段时，零序电流略有增大，折算到一次值为63.2 A，接地保护零序Ⅱ段定值是60 A，1.6 s后保护动作。

根据接地变零序电流录波值计算，本次接地故障零序阻抗约为96 Ω，扣除接地电阻约10 Ω和接地变阻抗推算，本次接地故障过渡阻抗达80 Ω以上，已超过10 kV小电阻接地系统架空线正常故障范围。

该110 kV变电所各出线零序保护定值按两段配置，零序Ⅰ段整定为160 A/0.3 s动作，零序Ⅱ段整定为80 A/1.3 s动作。数值为80 A可躲过三相CT合成零序电流在各种情况下可能出现的最大不平衡电流，该定值在采用三相流变合成零序电流的接线方式下，不具有进一步减小的空间。

由图1可知，接地变中性点电阻上仅流过接地故障电流，因此，在A相故障时，存在线路保护零序电流采样值比接地变大的情况，也在相同灵敏度的要求下，接地变零序定值比线路的小。

本次故障是因单相故障过渡电阻过大引起的，其过渡电阻约为80 Ω，电流处于线路零序保护、接地变零序定值附近，保护处于临界状态，进而导致越级跳闸。80 Ω的过渡电阻是超出接地保护整定计算的防卫条件，属于小概率事件。

4 结束语

综上所述，在采取中性点经小电阻接地方式的配电网系统中，接地变高压零序电流是整个10 kV配电网的总后备，故障电流易对其造成总后备误动作。因此，必须控制好线路保护零序Ⅱ段的定值。只有这样，才能有效解决其与接地变零序总后备的配合问题，保证配电系统的安全性和稳定性。

参考文献

[1]吴世平.北京电网10 kV小电阻接地系统运行方式研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[2]李甜甜.20 kV配电网中性点接地方式与继电保护改造的研究[D].北京：北京交通大学，2010.

〔编辑：张思楠〕