10 kV配電網中性點有效接地方式探討

莫錦志

摘 要：選擇有效的配電網中性點接地方式，不僅對保證配電系統的正常運行有重要意義，對保證用戶的正常用電也有重要意義。分析了小電阻接地系統線路單相接地時的電流流向，探討了小電阻接地系統繼電保護的整定方式及其存在的問題，并通過分析小電阻接地系統接地變越級跳閘案例，提出了線路與接地變零序電流整定值的配合方式。

關鍵詞：小電阻接地；單相接地；配電網；電力系統

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.136

電力系統中性點有多種接地方式，主要分為大電流接地和小電流接地兩大類。如果沒有做好配電網中性點接地，則會對電力系統的安全、穩定運行造成影響。因此，如何做好配電網中性點接地成為了相關工作人員需要解決的問題。下面對該問題進行分析。

1 小電阻接地系統單相接地電流分析

小電阻接地系統線路單相接地時的故障電流和電容電流流向分布合成圖如圖1所示。

圖1 小電阻接地系統線路單相接地時電流流向分布圖

線路單相接地時故障電流（圖1中的實線箭頭）及其流向為：3I0從線路的接地相的母線（A相）分成三路，一路進入接地變A相，一路Iob經主變壓器的低壓側AB繞組，再流入接地變B相，一路Ioc經主變壓器的低壓側AC繞組，再流入接地變C相；三路電流合成3I0流入接地變中性點O后流經接地變Rg，再由接地變接地點流入大地；經大地流入線路A相故障點，進入A相線路后直接流向A相母線。

線路單相接地時電容電流（圖1中的虛線箭頭）及其流向為：電容電流從母線的非接地相（B相、C相）分成多路，分別流入

各條線路的非故障相，并從各條線路的非故障相經對地電容流入大地；經大地流入線路A相故障點后流入A相母線，再流入主變壓器的低壓側A相，分成兩路，分別經主變壓器的低壓側AB繞組和AC繞組，最后流向母線的非接地相（B相、C相）。

2 整定方式和存在的問題

2.1 小電阻接地系統零序保護的整定方式

其定值要滿足以下4個條件：①按單相接地故障可靠性系數>2整定；②按各種情況下可能的最大不平衡電流整定；③按架空線路全線路55～60 Ω高阻接地時靈敏度>1.3整定；④動作時間可根據系統設備情況和運行要求選擇，一般可與相應的電流Ⅰ、Ⅱ段配合。

2.2 接地變為零序保護的整定方式

接地變為零序過流保護主要作為線路零序保護的后備，以躲過正常的不平衡電流，并按系統中經60 Ω高阻接地時靈敏度>1.5整定，整定時間可與出線配合確定。

當線路接地時，先由線路的零序保護動作，啟動跳閘，隔離接地點；當線路開關拒動時，接地變的零序過流保護越級動作，優先跳母分開關，如果母分開關原先處于運行狀態，且母分跳開后接地電流消失，則接地線路接于另一條母線，故障被隔離；如果接地電流沒有消失，則出口跳該母線所連主變低壓側開關和接地變開關。

2.3 存在問題

目前，較多饋線沒有安裝零序電流互感器，其零序電流取三相電流之和。但因電流互感器在正常運行時的計算變比與實際變比、伏安特性不一致，加之傳變誤差等原因會產生不平衡電流，且該不平衡電流與線路電流大小成正比，進而影響保護整定。

當一條線路單相高阻接地，接地電流尚未達到保護整定值，高阻接地發生在同一母線上的兩條線路，且接地相相同時，兩條線路的接地電流疊加，超過接地變設置的整定值，進而造成整個母線失電。即使一條線路長期高阻接地，也不利于系統的安全運行。

接地變高壓零流定值與10 kV出線Ⅱ段零序保護定值應相互配合，之間需留有一定的死區，但電流互感器難免會產生誤差。當接地變與出線互感器的誤差方向相反時，可能導致死區消失，并產生交叉地帶。當線路高阻接地，故障電流處在交叉范圍內時，將會造成接地變保護越級動作。

3 小電阻接地系統接地變越級跳閘分析

3.1 案例背景

某110 kV變電站是一座全戶內布置綜合自動化變電所，10 kV部分采用金屬鎧裝中置柜設備。目前，變電所具有主變壓器3臺，總容量為120 MVA；110 kV系統有線路3回、開關3臺，采用線變組的接線方式；10 kV系統有線路36回、開關45臺和電容器3組，采用單母線分段接線和小電阻接地方式，中性點電阻為10 Ω。該變電所的部分接線方式如圖2所示。

圖2 某110 kV變電站接線方式圖

故障前，#3主變供Ⅳ段母線運行，130母聯開關熱備用。141～150線路均運行，故障前Ⅳ段母線有功為21 MW。

1X3#3接地變電流取自接地電阻套管流變，變比為200/5，高壓側零流一次整定值為60 A/1.6 s。接地變或母線接地故障，出口閉鎖130母聯備自投，跳#3主變10 kV開關和本身開關。

10 kV出線零序保護采用三相電流的和電流，變比為400/5，Ⅰ段一次整定值為160 A/0.3 s；Ⅱ段一次整定值為80 A/1.3 s。

3.2 事件經過

2014-03-13T19：27，變電站10 kVⅣ段母線接地，1X3#3接地變保護動作（高壓零序電流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段動作）跳接地變開關，連跳104#3主變開關，10 kVⅣ母線失電。

2014-03-13T20：05，操作班現場檢查141銅元線保護，接地變保護動作跳閘連跳主變開關，未發現其他異常，監控已拉開各分路配網倒負荷，變電站操作接地變改冷備用，備投停用。

2014-03-13T22：00，檢修班建議用104#3主變開關沖母線，但141銅元線在未明確線路、無接地前不得送電。

2014-03-13T22：08，母線充電正常，接地變改檢修。

接地變檢查正常，2014-03-13T23：00，調度發令接地變改運行，恢復送電。

3.3 原因分析

檢查Ⅳ段母線上所有出線間隔線路保護后發現，故障發生時，141銅元線有零序電流保護啟動錄波，未出口。調取141銅元線啟動時波形分析：電流波形電壓波形平滑無畸變，3I0與UA基本同相位，A相電壓比正常運行時下降約3 V，可認定本線上發生A相電阻性高阻接地；零序電流二次有效值約為1 A，折算到一次值為80 A，本線路保護零序Ⅱ段定值也為80 A，保護處于臨界狀態。

1X3#3接地變動作時波形分析：母線上發生A相穩態接地，A相母線電壓小幅度下降，前半段零序電流折算到一次值為58.2 A，保護處于臨界狀態。故障發展到后半段時，零序電流略有增大，折算到一次值為63.2 A，接地保護零序Ⅱ段定值是60 A，1.6 s后保護動作。

根據接地變零序電流錄波值計算，本次接地故障零序阻抗約為96 Ω，扣除接地電阻約10 Ω和接地變阻抗推算，本次接地故障過渡阻抗達80 Ω以上，已超過10 kV小電阻接地系統架空線正常故障范圍。

該110 kV變電所各出線零序保護定值按兩段配置，零序Ⅰ段整定為160 A/0.3 s動作，零序Ⅱ段整定為80 A/1.3 s動作。數值為80 A可躲過三相CT合成零序電流在各種情況下可能出現的最大不平衡電流，該定值在采用三相流變合成零序電流的接線方式下，不具有進一步減小的空間。

由圖1可知，接地變中性點電阻上僅流過接地故障電流，因此，在A相故障時，存在線路保護零序電流采樣值比接地變大的情況，也在相同靈敏度的要求下，接地變零序定值比線路的小。

本次故障是因單相故障過渡電阻過大引起的，其過渡電阻約為80 Ω，電流處于線路零序保護、接地變零序定值附近，保護處于臨界狀態，進而導致越級跳閘。80 Ω的過渡電阻是超出接地保護整定計算的防衛條件，屬于小概率事件。

4 結束語

綜上所述，在采取中性點經小電阻接地方式的配電網系統中，接地變高壓零序電流是整個10 kV配電網的總后備，故障電流易對其造成總后備誤動作。因此，必須控制好線路保護零序Ⅱ段的定值。只有這樣，才能有效解決其與接地變零序總后備的配合問題，保證配電系統的安全性和穩定性。

參考文獻

[1]吳世平.北京電網10 kV小電阻接地系統運行方式研究[D].北京：華北電力大學，2011.

[2]李甜甜.20 kV配電網中性點接地方式與繼電保護改造的研究[D].北京：北京交通大學，2010.

〔編輯：張思楠〕