淺析縣級電網小電流接地保護

作者/孫龍泉，國網山東省電力公司樂陵市供電公司

淺析縣級電網小電流接地保護

作者/孫龍泉，國網山東省電力公司樂陵市供電公司

隨著我國經濟實力的逐漸提升，對電力的需求也隨之增加了許多。我國各縣中使用的縣級電網大部分為110 kV或110 kV以下的等級進行供電，使用的接地保護措施為中性點非直接接地保護措施，就是人們經常說的小電流接地措施。

縣級電網；小電流；接地保護；供電服務；供電企業；單相接地

1.縣級電網小電流接地系統出現單相接地時電流和電壓具有的特征

縣級電網小電流系統在運行過程中，系統三相電壓對稱使用CO.F來代表相對地電容，在這里假設負荷的電流均衡沒有過多的差別。但是電源和負載一般都是對稱的，因此在電網中不存在零序電壓和零序電流。當小電流接地系統發生單相金屬性接地故障時，接地故障相對地的電壓就變成了零值，此時電容電流也就成為了零值。如果三相對地電壓和電容電流的對稱性發生了故障，那么電網中就會產生零序電流和零序電壓。小電流接地系統發生單相金屬性接地故障時，電容電流和電壓的分布特征如圖1所示。

圖1 單相金屬性接地時電流和電壓的特征

當小電流接地系統發生單相金屬性接地故障時，電流和電壓的向量分布如圖2所示，根據圖2就能繼續分析接地故障特征。

圖2 電容電流分布的向量圖

小電流接地系統發生單相金屬性接地故障時，接地相對地電壓值為零值，此時另兩相對地電壓升高為線電壓，中性點產生偏移中性點電壓就同正常運行時的相電壓相同。系統中產生零序電壓的電壓值為3UO=UA+UB+UC=3EA。

特殊例子：對電阻性單相接地故障發生進行識別。其中一相電壓有所提升、另一相電壓隨之減小，那么中間值相就會產生電阻性的接地故障。

接地相電容電流的值數此時為零值，對地電壓加大時，就會導致另兩相的電容電流也隨之增加，一般增加到正常數值的3^1/2倍之多，供電系統中就會產生零序電流。沒有發生故障線路的零序電流的數值同本線路兩相電容電流向量數值的加和，那么相位超前的零序電壓就為九十度，方向為母線向線路流動。產生接地故障線路開始端的零序電流就同系統中所有沒有發生故障的相對地電容電流值加和以及本線路兩相沒有發生故障的電容電流的向量值的加和相同，并且相位的超前零序電壓值達到了90度，方向為母線向線路流動。

2.對電網接地保護裝置的分析

當中性點不接地系統電網發生了單相接地故障時，流過故障點的電流是非常少的，但是由于三相電壓還是維持對稱狀態的，因此單相接地故障對負荷供電造成的影響是非常小的，供電企業通常只要求保護裝置帶接地點不影響運行，只是發出故障信號，不會產生跳閘。相關標準中規定，當接地故障發生于人員較多的區域時，對工作人員以及電氣設備的安全造成危險時，才能發生跳閘。對中性點不接地系統電網預防單相接地的防護措施主要有以下三種方法：即由工作人員安裝沒有選擇性的絕緣監督設備，安裝零序電流保護設備以及安裝零序方向功率保護裝置這三種措施。下文將對上述三種措施進行簡要分析。

■2.1 對絕緣監督設備的簡要分析

使用絕緣監督設備的主要原理是根據發生單相接地故障時產生的零序電壓具有的特征來組成的，其原理圖主要如圖3所示。在電壓互感器的兩次側具有兩組繞組裝置，其中一組繞組是接成星形狀，更加適合對各相對地電壓進行測量；另一組繞組是接成開口的三角形狀，能將零序電壓接入到過壓繼電器上，用于將信號接通回路，可以發射信號。絕緣監督設備在系統單相接地線路中有著無選擇性的特點，因此，需要相關監測人員對所有線路按照順序進行斷開，然后再使用自動重合閘裝置將線路投入。如果監測人員發現某一條斷開的線路沒有零序電壓時，并且各相對地電壓也變成了以前的狀態，這樣就能認為這條線路接地就是人們往常所說的“拉路判斷方法”。這種保護方法更加適合在出線比較少的常規電磁式保護的變電站系統之中，而且線路的長度要低于1.8倍供電半徑的金屬接地、線路的長度也要低于1.3倍供電半徑的非金屬性接地監測效果較好，監測的準確率必須達到百分之九十五以上才可以。

圖3 絕緣監督設備原理圖

圖4 零序電流保護原理構成

■2.2 對零序電流保護設備的簡要分析

零序電流保護設備的主要原理是根據當發生單相接地故障時產生故障線路中的零序電流為所有非故障線路零序電流加和的特征，零序電流保護設備的原理圖主要如圖4所示。

當系統產生了單相接地故障時，如果產生故障線路中的零序電流超過了一定的數值時，保護動作就立即發出故障信號；如果沒有發生故障線路中的零序電流低于一定的數值時，保護裝置就不進行動作，因此，零序電流保護設備是具有一定的選擇性能的。但是零序電流的值是所有沒有發生故障線路中的零序電流的加和，因此零序電流保護設備只能當系統出線過多時，零序電流達到動作值時保護才能進行選擇性的動作，如果系統中的出線數量不足，保護動作就無法運行。零序電流保護設備通常要安裝在專用電流互感器線路中；如果單相接地電流值過大時，那么就免受零序電流過濾器中產生的不均衡電流造成的影響。零序電路保護設備更加適合使用在出線比較多的綜合自動化變電站系統中，一般為12回出線，并且該裝置會受到接地點外界因素的影響。主要為接地具有的特點和接地系統的條件等，監測裝置的監測效果就會被削減，監測準確率為百分之七十五以上，通常如果系統中電容電流過大，或者保護線路中的電容電流過小時，零序電流保護的準確率才會得到提升。

■2.3 對零序功率方向保護裝置的簡要分析

零序功率方向保護裝置通常使用在零序電流保護無法滿足靈敏系數的要求以及接線非常復雜的供電系統中，保護裝置在正常運行的過程中，可能會受到接地點的情況或者各種外界因素的影響，這就會造成零序功率方向保護裝置存在著拒動或者誤動故障發生的可能性。

3．總結語

供電公司只有對淺析縣級電網小電流接地保護措施給予足夠的重視，才能保證供電系統的正常運行。

＊ [1]利用仿真變電站事故案例加強學生對小電流接地系統故障的分析處理[J].蘇海霞,張玉珠,東蔚.價值工程.2015(20).

＊ [2]電網小電流接地系統的故障分析與控制[J].趙冀峰,趙絲雨,張磊.中國電業(技術版).2015(03).

＊ [3]小電流接地系統電壓異常處理分析[J].徐園,王京鋒,陳磊.沿海企業與科技.2015(04).