基于小电阻接地配电网断线保护的应用分析

王楚雄

摘  要：小电阻接地配网出现断线故障，当断线偏离导电设备，常规保护则将由于无法测出高阻接地能力无法达到动作条件，也就难以排查故障，进而威胁配网系统安全。对此则需要深入剖析小电阻接地系统断线模式下电压与电流特点，并针对性地提出断线保护对策和措施。

关键词：小电阻接地配网系统;断线保护;应用

中图分类号：TM862         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）35-0172-02

Abstract： When the wire break fault occurs in the low resistance grounding distribution network， when the wire break deviates from the conductive equipment， the conventional protection will be unable to measure the high resistance grounding capacity and can not reach the operating conditions， so it will be difficult to troubleshoot the fault， thus threatening the safety of the distribution network system. Therefore， it is necessary to analyze the characteristics of voltage and current in the wire-breaking mode of the small resistance grounding system， and put forward the countermeasures and measures of wire-breaking protection.

Keywords： low resistance grounding distribution system; wire break protection; application

引言

現阶段，小电阻接地最常被运用于10kV系统，零序过流保护实际整定数值过程中都只对于过渡电阻小于100？赘的接地故障，从而引发了更多的问题和困惑。如果架空线路遭受雷电袭击，则可能由于断线落于导电性能不是很强的物体上，导致大于100？赘的过渡电阻接地，因为无法达到零序过流保护的整定值，长期难以切断电流，使得行人遭受电压的袭击，带来更多的安全问题。

1 基于小电阻接地配网断线故障特征分析

1.1 断线故障电流特征

小电阻接地系统主体接线有着自己的方式，如下图1所示：

中性点接地电阻：Rt对于10kV系统来说，通常取值10？赘，观察上图可以看出，线路5在4的下一级，线路4中出现了A相断开事故，断电后继发经过渡性电阻Rg接地。如果供电电源于母线出现了三个电势，具体为：Ea，Eb，Ec，可以首先初步分析出现断线事故的状态，继发过渡电阻接地的状态则可以随后分析。假设：线路4所流经的三相负荷电流各自为：Iaload，Ibload，Icload对于10kV配网的小电阻接地系统只需一个中性点进行接地。所以，10kV端的负荷变压器的标准配设通常为三角形接线。参照相关原理，这三相负荷的电流相加结果为零，所以，此线路中的A相如果断开或断裂，则将出现以下关系式：

Ibload=-Icload

如果B相的负荷电流达到：Iphload，那么C相则达到-Iphload，如果三相对地电容电流各自为：jEaωC、jEbωC、jEcωC，当A相断开，如果其断线点出现于和线路电源有一定间距的X位置，此处的电容为Cx，如果线路4和下一级线路的长度一共达到l，将导致l-x长度线路无法获得充足的对地电容电流，假设其对地电容：Cl-x，则能够得出：Cx+Cl-x=C，一旦出现断线现象，对应的三相电流可以用一下关系式表示：

Ia=jEaωCx=jEaωC-jEaωC1-x

Ib=Iphload+jEbωC

Ic=-Iphload+jEcωC

将上式的不同序电流分别带入对称分量法公式内，能够算得：正负序电流I1和I2，而且算得二者的比值I2/I1。

通常来说，负荷电流值要远远超过对地电容电流值，后者可以不去分析，也能获得断线事故条件下负序电流和正序电流之间的比例特征，具体如下：

|I2/I1|≈1

从上面的理论分析能看出，如果小电阻接地系统出现断线事故，其对应的线路就会十分清晰地呈现出负序电流，其数值和正序电流值也大致相当。结合上面的式子，负荷电流如果超出一定的数值，也就是说负荷超出特定数值，对地电容电流所占比例也偏小，|I2/I1|的数值则靠近1，相反，负荷较轻，对地电容电流比例则变大，|I2/I1|的数值小于1。

如果出现相间故障，例如：当BC相出现故障，两相故障电流数值一样，方向则完全反向，这种情况下也能达到上式子的特点，要想控制相间故障条件下，错误辨认成断线故障，则需要细致进行区别，断线故障出现后，发生断线相的电流则将变为0，非故障相电流依然不变。如果相间出现故障，则电流会急剧升高，凭借此规律增设电流限值条件来加以区分，也就是当相电流低于特定临界值时，就可以判断为断线故障，实际的临界值则需要参照最大负荷电流来决定，电流限值条件为下列公式：

Imax

Imax-三相电流最大值，Kkload-可靠系数=1.2，Imaxload-最大负荷相电流

结合以上公式则能够判断出断线故障，也可以和相间故障做出具体的区分，然而，当发生断线故障时，上下级的线路都将呈现出以上类似的电流特征，当上级线路断线，下级以及次下方的线路也都会出现类似的特点，如果仅仅依赖电流作为判断依据，难以十分明确地断定本级线路有无断线故障。同时，如果变压器存在断线现象，也不会出现配网线路跌落在地的风险，也无需线路4发生跳闸故障，要想精准地判断本级线路有无断裂故障，就需要结合电压特点来做出深入地判断。

1.2 断线故障电压特点

主要电压是指负序电压和零序电压，从这两大方面特征入手加以分析，配网断线以后可能造成失去线路对地电容电流，故障线路的三相电流相加也将带来持续的电流，从而造成电压中性点偏移问题。如果接地变压器中性点零序电压：U0，对应的三相电压各自为：Ea+U0，Eb+U0，Ec+U0采取类似的分析方法，可以把三项电压的数值直接带到负序分量计算公式，此时U2=0。如果三项电路的A相出现断线，会发现负荷变压器接线为三角状。当相关电气参数呈现为对称数值，A相电压=其他两相电压数值的平均数。

2 小电阻接地配电网断线保护

2.1 断线保护判据

通过分析上面的小电阻接地系统断线故障特点，能够算得负序电流与正序电流的比值，可以将其当作判据，电流限值条件则可次要参考，因为配网系统保护通常只能收集到来自于保护安装位置的电压值、电流值。对此不妨选择以单端电气量为基础的保护判据，也就是只是参考使用保护安装位置的电压、电流、零序分量等来辅助判断，无需借助线路对侧的电压值。

根据上面公式，负序电流/正序电流可以当作判断依据，现实运用中，要分析避开TA单相断线现象，出现此问题时，保护则不会误动。在这种条件下保护设备所算出的电流比值=0.5，如果选择1.2倍的可靠系数，对应二者比值则>0.6，可以将电流限值条件当作区分相间故障作为另一个判据，可靠系数可以取值1.2。假设10kV小电阻接地系统中性点电阻=10？赘，得出U0<0.11Unph，参照零序电压限值条件属于欠量条件，如果零序电压较小，无需测量值十分精准，自然也不受测量精度的干扰。从而得到断线保护的完整判据公式，如下：

|I2/I1|>0.6

Imax<1.2Imaxload

U0<0.11Unfh

2.2 灵敏度分析

因为选择了负序电流、正序电流的比值作为主要判断依据，这两大电流都将跟随负荷电流的大小等来对应发生改变。所以，不会跟随负荷的调整来对应调节临界值，具有超强的适应性。

如果负荷失去平衡，因为单相断线，结合相关的原理，完善两相的负荷电流都将达到上述公式，无需参考断线前负荷平衡情况。

结合上面的公式，负荷较重时，负荷电流会占据较大比重，对地电容电流也不会带来太大的干扰，这是负序、正序电流之比靠近1，相反，负荷变小时，对地电容电流则将带来更大的影响，比值则降低，特殊条件下，如果负荷电流=0，比值不大于0.6，也就难以测试出单相断线故障，需要待负荷上升以后才能动作。

常规模式下出现断线，上级线路则将有负荷不平衡现象，通常来说难以达到比值大于0.6的条件，也不会发出动作，然而，如果上级线路的负荷很轻，上级线路的负荷，同发生断线事故的线路的总负荷比例过小，断线相的电流也将急剧下降，会造成极大的不平衡，这样就达到了比值大于0.6的条件，此时则将出现误动现象。要想有效控制此误动，则需要对断线保护实施阶梯时间整定，从而预防上级线路由于轻负荷发生错误动作问题。

3 结束语

小电阻接地配网实际运行中经常出现高阻接地失灵的现象，特别是对于断线故障，线路跌落在绝缘体时，可能带来更多的潜在隐患与危机，对此结合其电流与电压特点来采取科学的断线保护措施，则可以清晰、精准地辨认断线故障类型以及位置，从而及时采取措施来隔离故障。

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