智能接地系统的设计

宣俊楠，陈 益，杨鹏杰

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650011）

0 引 言

相关数据显示，单相接地导致的配电线路故障为总故障数的70%左右，其中故障大多由瞬时性单相接地引起。但是，在中性点非有效接地的情况下，上述的接地故障在灭弧后便可自动消失。如果是永久性单相接地、中性点非有效接地，系统同样可以保证线电压处于正常状态，持续为用户提供安全、稳定的电能。但是，中性点非有效接地存在一定问题，且消弧线圈只能弥补工频电容产生的电流。而经过接地点的高频电流和阻性电流较多，消弧线圈只能把电流弥补至5 A左右，保证形成的电弧继续燃烧，继续供电则会扩大供电事故的范围，甚至引起火灾，危及生命。此外，如果中性点非有效接地配电系统中发生单相接地事故，故障信号微弱，将难以准确定位故障位置。

1 智能接地配电系统基本原理

1.1 智能接地配电系统的构成

应用过程中，可以在变配电站每段10 kV的母线中安装一台智能接地设施，并设置在配电网的可接入位置。智能接地设施的构成如图1所示，电阻分级接地开关装置由K1、K2接地开关和电阻R组合而成，智能接地设施由接入断路器D、接地变压器JDB、脉冲消弧保护线圈XHXQ等电气元件组成[1]。其中，接地变压器和脉冲消弧保护线圈不是必选设备；如果变电站有接地变压器和脉冲线圈可以直接应用，不需在智能接地装置中再次设置；接入断路器为可选装置，如果智能接地设施出现问题，利用它可以及时断开智能接地设施。

图1 智能接地装置的构成

1.2 智能接地配电系统工作逻辑

如果监测到零序电压大于阈值，则智能接地配电系统中出现了单相接地。智能接地设施可快速识别接地故障的相线，操控故障相电阻分级接地保护开关使故障相接地，从而安全、可靠地熄灭电弧，防止危害扩大。此外，经过1～3 s的短时间延时后，智能接地保护装置可以操作故障相接地开关，使智能接地配电系统处于断开状态，同时监测零序电压值是否超过阈值。如果没超过，说明只是瞬时性的单相接地故障，处理完成后就可正常恢复供电；如果超过阈值，则说明为永久性的单相接地故障，需要进一步处理[2]。

针对永久性的单相接地故障，智能接地保护装置可在较短时间内经中性点投入中电阻，提高接地点线路的零序电流数值，而馈线上装设的有零序保护作用的配电设施和故障显示仪表可以进行单相故障接地选线、定位和隔离。完成一系列步骤后，智能接地设施便让中性点投入的中电阻退出保护系统即可。

2 智能接地装置单相接线选相防误措施和校正

智能接地设施在保护故障相金属性接地时，如果单相接地选择的相线产生错误，将会引起相间出现短路接地故障。接地故障相的电阻分级接地保护开关可避免选相错误并进行校正。电阻分级接地保护开关装置的构成如图2所示。K1、K2为保护开关装置，R是电阻值为50～100 Ω的过渡电阻。

图2 接地软保护开关组成图

根据实际情况需要X相金属性接地保护时，首先应控制开关装置K1闭合，其次利用过渡电阻R将相线接地，最后控制开关K2闭合，完成金属性接地保护。如果X相金属性接地保护处于断开状态，首先应控制开关K2断开，其次利用过渡电阻R将相线接地，最后控制开关装置K1，使相线与地完全断开。如果把B相单相接地错认为A相接地故障，需操控智能接地设施的A相实现软导通接地保护。此时，应控制A相的开关K1闭合，利用过渡电阻R实现相线接地。此外，A、B两相之间通过电阻R会产生短路接地现象，但电阻R具有限制电流的功能，电流值为100～200 A的电流可被有效检测出来，因此短路电流不会产生较大破坏。另外，智能控制接地设施监测到A相的开关K1闭合引起相间短路接地后，会及时控制A相的开关K1断开，并实施安全防护。只有在控制开关K1闭合后没有监测出相间短路接地的情况时，才会将A相的开关K2闭合，完成A相金属性保护接地。但是，如果监测A相线的开关K1闭合为错相，可及时控制A相线的开关K1闭开，继续上述控制流程，并把接地相实现金属性保护接地。

3 智能接地设施保护动作引起的系统暂态过程分析

3.1 接地开关闭合条件下的系统暂态分析

智能接地设施识别出接地故障的相线后，如果把接地相保护开关接地，会导致系统暂态过程产生高频电流，给予配电网暂态冲击而干扰二次设备。通过接地相保护开关直接接地形成的高频电流，可有效说明直接接地的实际使用情况，全面解释接地瞬时引起的保护动作问题。此外，利用电阻分级接地开关实施保护后，可导通接地造成的系统暂态，有效抑制经过接地控制开关K1的高频电流。

3.2 接地开关闭合后的系统暂态过程解析

智能接地设施保护故障相金属接地后将再次断开，如果控制接地相线保护开关从金属接地处完全断开，会造成配电网系统的中性点产生低频振荡，引起全相过电压和电流互感器的一次绕组侧形成低频涌流现象，从而损坏电流互感器和互感器保护熔断器。此外，通过电流互感器中性点的低频涌流数值可达到20 A左右，而且会形成多次低频涌流现象，烧坏额定保护电流为0.5 A的电流互感器熔断器或破坏其一次绕组侧[3]。

有效结合电阻分级保护接地开关和随调式消弧线圈，在电阻分级接地保护开关产生动作前，消弧线圈可弥补经过电阻分级接地保护开关形成的工频电容电流，控制电阻分级接地保护开关断开。当电阻分级接地保护开关处于断开状态时，首先控制开关K2断开，其次通过电阻R进行接地保护，最后控制开关K1断开，进而完全断开出现故障的相。

4 结 论

智能接地配电系统可利用安装在变配电站的智能接地保护设施和安设在馈线分段位置的配电设施、故障指示仪表，提升配电系统的可靠性。此外，智能接地设施应用的电阻分级接地保护开关技术，可有效防止相线选择错误时两相短路接地引起的电气故障，并可避免保护开关操控过程中产生的系统暂态过程。