20kV小接地系統在配電網中的應用與分析

張義平 秦銀平

【摘 ?要】在電力系統當中，中性點不接地與經消弧線圈接地的系統被統稱為小接地系統，其能夠在統一小接地系統當中進行不同的出線，也可以為同一出線的不同點。本文主要通過對20KV小接地系統的應用展開分析，以期能夠為業內提供參考。

【關鍵詞】小接地系統;配電網;20kV

1問題的提出

在我國低壓電力系統中，變壓器的中性點多采用非直接接地方式的小接地電流系統。當線路發生單相接地故障時，故障相對地電壓降為零，非故障相對地電壓升高為故障后的線電壓，非接地相對地電容電流增大，等于正常運行時一相對地電容電流的3倍。但單相接地故障后三相線電壓基本保持不變，負荷電流不變，對供電負荷沒有影響，因此規程允許繼續運行1-2h。但實際運行中可能由于過電壓引發電力電纜爆炸、TV保險熔斷甚至燒壞、母線短路等事故。

隨著社會經濟不斷發展，電力中心區負荷密度逐漸增大。10kV供電局限性慢慢凸顯，20kV供電系統因能有效增加負荷輸送能力，減少上級變電站布點、節約線路走廊而受到電力工作者青睞。20kV小接地系統的電壓身為IEC標準已被數十個國家相繼采用。但是要使20kV供電系統穩定接入配電網，首先需要解決的便是各類技術性問題。當中，如何結合當前配電網運行的實際需求，做好20kV小接地系統的實踐應用是一個亟待解決的問題。

2 20kV小接地系統在配電網中的應用與分析

在配電網序列當中，20kV小接地系統有著極為明顯的技術優勢、經濟優勢與十分可觀的社會效益。自第一個20kV小接地系統順利接入至配電網后，配電網在提升工作效率的同時也出現了諸多問題，致使連續用電的用戶產生巨大的經濟損失，同時也致使供電可靠性下降。本篇章通過對20kV小接地系統在配電網當中的各項保護措施進行分析，以期能夠為同行業提供參考。

2.1零序電流保護

20kV小接地系統當中的零序電流保護是基于故障線路零序電流大于非故障線路零序電流的特點，區分出故障和非故障線路，從而構成有選擇性的接地保護。零序電流保護方法是滿足選擇性接地保護的要求，是電網每相對地總電容與被保護線路對地電容之比大于1時，才有可能保證保護裝置的可靠動作。由此可見，這20kV小接地系統只適用于被保護線路對地電容較小而電網對地總電容相對大的場合;當電網單相接地電容電流較小，又存在長線路的情況下，較難滿足選擇險性。

對于20kV小接地系統當中的中性點經消弧線圈接地系統，由于消弧線圈提供的電感電流補償了電網對地的電容電流，使流過故障線路的零序電流大大減小，此時很難用零序電流保護來獲得保護的選擇性。對于中險點經消弧線圈并（串）電阻接地系統，采用此方法要保證動作的選擇性，必須使中性點電阻提供的有功電流足夠大，否則也無法獲得20kV小接地系統保護的選擇性。

2.2零序功率方向保護

20kV小接地系統零序功率方向保護利用故障線路零序電流滯后零序電壓90°與非故障線路零序電流超前零序電壓90°的特點來實現選擇性接地保護。由于這一方法對零序電流的大小要求降低，使之在實際電網，特別是中性點不接地系統中得到廣泛應用。對于中性點經電阻接地系統，由于故障線路零序電流滯后零序電壓的角度大于90°，因此應用該方法時有一定的局限性值得注意的是，在中性點經消弧線圈接地系統中，一般認為當消弧線圈工作欠補償方式時，此方法仍然可行，但這并不全面。例如對于某電網，因其全是電纜供電網絡，電網對地電容主要集中在線路上假設6kV電網單相接地電容電流為5OA，兩條線路，其對地電容電流分別為20A，15A，另外一條線路為15A為實現基于零序功率方向保護方法的選擇性，要求消弧線圈的電感電流A=30A，才能保證在所有線路，包括電容電流最大線路上發生單相接地故障時選線的正確性。顯然，此時補償效果是較差的，殘余電流大于30A。另外，每條線路的對地電容電流是經常變化的，計算和實測也較困難。

另外，由于該方法依據零序電流與零序電壓的相位差進行選線，故對零序電流互感器的角特性要求較高;當電網存在架空出線，采用零序電流濾過器的方法獲取零序電流信號時，更容易受到正常負荷電流產生的不平衡電流影響。因此，20kV小接地系統能夠在此方面當中保證電網零序功率的正常運轉。

2.3首半波保護

20kV小接地系統首半波保護基于單相接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間這一假設條件，當相電壓接近最大值時，若發生接地故障，則故障相對電容通過故障線路向故障點放電，故障線路電感和對地分布電容使電流具有衰減震蕩性，對于中性點經消弧線圈接地系統，由于暫態電感電流的最大值應出現在接地故障發生和相電壓經過零序的瞬間，而接地故障發生在相電壓接近最大值應出現在接地故障發生在相電壓經過零序的瞬間，而接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間，消弧線圈中的暫停電感電流接近于零，暫停電容電流較暫態電感電流大得多。因此在同一電網中，在相電壓接近于最大值發生單相接地故障的瞬間，中性點經消弧線圈接地系統的過渡過程與中性點不接地系統的近似相同，中性點對地電壓間的相位關系得到證實，故可利用故障線路中故障后暫態零序電流第一個周期的首半波方向與非故障線路相反的特點實現選擇性接地保護。

從上述此方法工作特點可知，根據首半波保護工作的接地選線裝置，顯然不能反映相電壓較低時的接地故障，且受接地故障點過渡電阻影響較大，同時也存在工作死區加上不同的電網結構，時間常數各不相同，接地暫態過程的振蕩頻率等特性也必然不同，從而使首半波的時間寬度各不相同。因此，利用此原理構成的20kV小接地系統保護裝置，其實用范圍受到限制。

2.4諧波電流方向保護

由于電源變壓器鐵心非線性的影響，以及電力電子傳動裝置在供配電網中的應用，當20kV小接地系統向配電網輸入正弦電壓后，輸出電壓將發生畸變。

（1）不管是何種中性點接地方式，單相接地故障時零序諧波電流的分布規律和相位特征與中性點不接地系統的基波零序電流相似。

（2）接地故障點過渡電阻僅影響零序諧波電流和電壓的保護。

（3）可以利用零序諧波電流大小或方向構成選擇性接地保護。根據相電壓的非線性可分解出幅值大小依次為基波和3次、5次、7次、9次、11次、13次、15次等諧波，由于三次諧波受變壓器聯結組標號的影響，更因其方向一致，使得相間沒有三次諧波電壓，同樣地，也不存在9次、15次等諧波成分。所以零序電流中除基波成分外，諧波電流幅值大小依次為7次、7次、ll次、13次由于5次或7次等諧波含量相對基波而言要小得多，數值很小，極易混入干擾成分，測量精度不易保證再者5次或7次諧波的大小易受電源電動勢波形，變壓器、負荷及其它非線性元件特性的影響，將在較大的范圍內波動。故以次原理構成的接地保護其零序電壓動作值往往很高，靈敏度較低，在接地點存在一定過渡電阻值下將出現拒動現象。

結語

綜上所述，20kV小接地系統在配電網中的應用對于電網的穩定與高效運行有著重要的價值與作用。行業工作者們應對相關技術原理與應用進行深入的研究分析，提升20kV小接地系統的實際應用效果。

參考文獻：

[1]柴滿良.尋找小接地系統單相接地故障的方法[J].科技與企業，2014（14）：355+359.

[2]謝江寧，蔣星星，鄭璐.淺析小接地系統兩相接地 繼電保護動作情況[J].科技視界，2014（18）：13+8.

[3]陳喆.淺析小電流接地系統單相接地故障的接地選線及判據[J].中國新技術新產品，2010（17）：19-20.

[4]劉哲，賀潤槐.一起典型的小接地系統保護動作分析[J].電力技術，2010，19（Z3）：85-88.

（作者單位：國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司）