10 kV配电网中性点经小电阻接地系统的研究

梁树棠

摘 要：电力系统中性点接地方式是一个综合技术问题。通过分析中性点经小电阻接地方式下的线路单相接地时电流流向和保护的整定方式，分析了10 kV配电网中性点经小电阻的接地方式，并对线路和接地变零序电流整定值的配合方式提出建议。

关键词：电力系统；中性点；接地方式；单相短路故障

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.072

通过分析小电阻接地系统线路单相接地时的电流流向和小电阻接地系统继电保护的整定方式，指出了小电阻接地系统继电保护整定方式中存在的问题。下面将分析一起因线路保护和接地变总后备整定值的配合问题而造成的线路高阻接地时接地变总后备误动的案例。

1 线路单相接地时电流流向分析

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。

线路单相接地时故障电流（图1中的实线箭头）的流向：3I0从线路接地相的母线（A相）处分成三路，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，再流经接地变Rg，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）的流向：电容电流从母线的非接地相（B相、C相）处分成若干路，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；还有几路经大地流入线路A相故障点，再流入A相母线，最后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，流向母线的非接地相（B相、C相）。

2 继电保护的整定方式和存在的问题

2.1 线路零序保护的整定方式

定值要满足以下几个条件：①按单相接地故障可靠性系数

大于2整定；②按躲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高阻接地时大于1.3灵敏度整定；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段和Ⅱ段配合。

2.2 接地变零序保护的整定方式

接地变的零序过流保护主要作为线路零序保护的后备，躲正常不平衡电流，并按系统中经60 Ω高阻接地时大于1.5灵敏度整定，时间与出线配合。

当线路接地时，先是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，则接地变的零序过流保护越级动作，首先跳母分开关。如果母分开关原来在运行状态，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，出口跳该母线所连主变低压侧开关和接地变开关。

2.3 存在的问题

目前，有很多馈线没有安装零序电流互感器，其零序电流取三相电流的和。但由于电流互感器在正常运行时就会因计算变比与实际变比不一致、伏安特性不一致、传变误差等原因产生不平衡电流，且该不平衡电流与线路电流大小成正比，因此影响了保护整定。

当一条线路单相高阻接地时，接地电流尚未达到保护整定值。但当高阻接地发生在同一母线上的两条线路上，且接地相相同时，两条线路的接地电流就会叠加，超过接地变设置的整定值，造成整个母线失电。即使是一条线路长期高阻接地，也不利于线路的安全运行。

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，二者之间应留有一定的死区。但电流互感器难免会有误差，当接地变与出线互感器的误差方向相反时，可能会造成死区消失，存在交叉地带。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 接地变越级跳闸案例分析

3.1 背景介绍

某110 kV变电站是一座全户内布置的综合自动化变电所，10 kV部分采用金属铠装中置柜设备。目前变电所拥有主变压器3台，总容量120 MVA；110 kV系统拥有线路3回，开关3台，采用线变组接线方式；10 kV系统拥有线路36回，开关45台，电容器3组，采用单母线分段接线，并采用小电阻接地方式，中性点电阻为10 Ω。

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，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

2014-03-13T19：27，110 kV某变电站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；20：05，操作班现场检查141铜元线保护启动未出口，接地变保护动作跳闸连跳主变开关，其他未发现异常，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；22：00，检修建议用104#3主变开关冲母线，但是141铜元线在未明确线路无接地前不得送电；22：08，母线充电正常，接地变改检修，接地变检查正常；23：00，调度发令接地变改运行，送电正常。

3.3 原因分析和建议

检查Ⅳ段母线上所有出线间隔线路保护，故障发生时，141铜元线有零序电流保护启动录波，未出口。141铜元线启动时的波形分析：电流波形、电压波形平滑无畸变，3I0与UA基本同相位，A相电压比正常运行电压下降约3 V，可认定本线上发生了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段定值也是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相母线电压下降少许，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，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，经1.6 s延时保护动作。

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，扣除约10 Ω的接地电阻和接地变阻抗，推算本次接地故障过渡阻抗达80 Ω以上，属于超过10 kV小电阻接地系统架空线的正常故障。

110 kV某变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。80 A这个数值能可靠躲过三相CT合成零序电流在各种情况下可能的最大不平衡电流。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，所以在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。这也是在同样灵敏度要求下，接地变零序定值比线路小一点的原因。

经过调查，本次故障是由于单相故障过渡电阻过大，过渡电阻约为80 Ω，电流恰在线路零序保护、接地变零序的定值附近，保护处于可动可不动的临界状态而导致越级跳闸。80 Ω的过渡电阻也是超出接地保护整定计算的防卫条件，属小概率事件。

建议线路零序电流尽可能采用专用零序流变，可以将线路保护零序Ⅱ段定值降到60 A以下，解决与接地变零序总后备的配合问题。

4 结束语

总而言之，小电阻接地方式与其他接地方式相比具有更大的优势，而且小电阻接地方式可以准确、快速地切除故障线路，缩短了故障排查时间，有效避免了10 kV系统单相接地过电压烧坏设备和单相接地造成人身触电，对保证电力系统的安全运行和人们的生命安全具有重要意义。因此，我们要解决中性点经小电阻接地系统中存在的问题，并大力推广小电阻接地方式。

参考文献

[1]王辉.10 kV配电网中性点接地方式的研究[D].天津：天津大学，2007.

[2]石立兴.中性点经小电阻接地系统中性点设备的配置及计算[J].冶金动力，2010（01）.

〔编辑：王霞〕