研讨小电阻接地系统单相接地与继电保护整定

研讨小电阻接地系统单相接地与继电保护整定

蒋剑峰武磊刘青

（鄂尔多斯电业局内蒙古鄂尔多斯017001）

摘要：本文针对小电阻接地系统单相接地与继电保护整定进行了简要研讨，希望能为相关的人员提供一定的参考。

关键词：小电阻；接地系统；单相接地；继电保护；整定

随着企业规模的扩大，用电量也随之加大，供电电缆越来越长，过大的电容电流使得原有的中性点非有效接地的方式越来越不能满足电网需求，使得中性点经低电阻接地广泛应用在企业配电网。低电阻接地方式，单相接地故障电流为100～1000A。继电保护装置根据检测的故障电流，有选择性地快速切除故障线路。低电阻接地的优点是快速切除故障，过电压水平低，可采用绝缘水平低的设备和电缆。

1系统概况

该供电系统包括两路电源，一路电源由外电网引入，主变压器低压侧中性点经电阻接地，系统要求单相接地时流过中性点接地电阻的电流为100A；另一路电源为厂内自备发电机组，此发电机中性点也为电阻接地，要求单相接地时流过中性点的电流也为100A。

2小电阻接地系统模型

首先，利用对称分量法计算电阻接地系统单相接地时的短路电流。小电阻接地系统的等效图见图1。

现用对称分量法计算单相接地时故障点的短路电流和电压。单相接地时的序网图见图2。

如果忽略各阻抗的电阻值，可得b、c两相的电压为：

当k＜1，即XΣ（0）＜XΣ（1）时，非故障相电压较正常时降低；

当k＝1，即XΣ（0）＝XΣ（1）时，非故障相电压与正常时电压相等；

当k＞1，即XΣ（0）＞XΣ（1）时，非故障相电压较正常时升高。

中性点不接地时，可以认为XΣ（0）＝∞，得到故障处b、c相电压为：

Ufb＝Ub－Ua＝Uba

Ufc＝Uc－Ua＝Uca

中性点电压为：

通过以上分析可知：中性点直接系统发生单相接地故障时，由于中性点接地，中性点电压始终为零。中性点不接地系统发生单相接地故障时，故障相电压为0，由于中性点电压发生偏移至系统相电压，使非故障相电压升高为正常时的倍，即为线电压。中性点经电阻接地时，中性点电压大小介于0到系统相电压之间，并且随接地电阻的增大而增大，并且可以准确计算中性点电压。

3中性点接地电阻值的确定

我们知道，将图2中3个序网图串联起来，可以得到单相接地时系统的复合序网。如果足够大时，XΣ（1）、XΣ（2）压降很小，所得零序电压的幅值和正序电压的幅值近似相等，仅仅相位相反，故认为故障点的零序电压在幅值上近似等于系统正常运行时的相电压，所得的接地短路电流与故障点的位置基本无关，幅值不变，只与系统接地点的数量有关。

中性点经电阻接地系统中，接地点零序电压最高，相当于零序电源提供整个网路的零序电流。利用上述结论，可以将系统简化为单电源系统单相接地等效图。从相关图中可以看出，当系统发生单相接地时，流过电阻的电流与电网电容电流相位相差90°（接地变压器感抗足够小，不然相位差＜90°），流过故障点接地电流就等于电容电流和有功电流的向量和，可以得到单相接地电流和中性点接地电阻为：

电阻接地网路中，令3I0＝INe，INe为用户所要求的系统单相接地电流，r为中性点接地电阻。通过以上分析可得，系统给出INe、IN0、IcΣ三者中的两个就可以求出其他值。

电网中的单相接地电容电流由电路线路和电力设备（同步发电机、大量同步电动机及变压器等）两部分组成。电缆线路的单相接地电容电流可以近似估算为：

Ur为线路额定线电压，kV；l为线路长度，km；S为电缆截面积，mm2。电力设备的电容电流可以根据电压等级增加一个附加值。6kV系统的附加值为0.18。这样整个系统的单相接地电容电流为IC∑＝IC（1＋0.18）

4继电保护整定方法

小电阻接地系统单相接地电流大小主要取决于中性点接地电阻的大小，并且单相故障时短路电流的数值比较大，约为100～1000A。零序电流保护是基于其他线路发生单相接地时和本线路单相接地时测得的零序电流不同，且本线路接地时测得的零序电流远大于线路的电容电流，这样使零序电流保护有充分的余地，具有选择性。

4.1零序过流Ⅰ段的整定

小电阻接地系统单相接地故障电流比较大，对系统设备尤其是中性点设备构成很大的威胁，这就需要零序过流Ⅰ段能够迅速动作，及时断开故障线路，防止事故扩大。

零序过流Ⅰ段按以下公式整定：

其中，I0为单相接地故障电流；km为灵敏系数，规程要求不小于2。故本工程一次动作电流取50A。为了保证系统单相接地故障时保护能迅速断开故障线路，零序电流Ⅰ段的动作时限为0S，即要求瞬时动作。

4.2零序过流Ⅱ段的整定

零序过流Ⅰ段保护能够快速断开发生单相金属性接地故障的线路，但线路的接地故障并非只有金属性接地，有可能经过过渡电阻接地的，如果故障电流介于整定值和中性点设备额定值之间，保护不会动作，就会造成系统长期带故障运行，烧坏中性点设备。故仅装设零序电流Ⅰ段保护并不能完全保证线路安全，因此需要装设后备保护，即零序电流Ⅱ段保护。当系统发生单相接地故障时，非故障线路流过本身的对地电容电流，零序过流Ⅱ段保护的定值只需躲过此电容电流。这样保证保护的灵敏性，并且不会误动。

零序过流Ⅱ段按以下公式整定：

其中，k为可靠系数；km为继电器返回系数；为线路自身正常运行时的对地电容电流。零序过流Ⅱ段保护作为零序过流I段保护的后备保护，动作时限比零序过流I段保护的动作时限要大一个级差，本系统最末一级取动作时间为0.3S。

4.3零序电流保护上下级之间的配合问题

变电所出线零序过流Ⅰ段保护，与上级变电所10kV（6kV）出线零序Ⅰ段保护，均为保证低电阻接地系统中，高压对配电变压器外壳短路时，人身及设备的安全需要而配置与整定，两者之间无定值配合关系。

为了保证上下级之间具有选择性，按阶梯原则整定，时限级差取0.3～0.5S。即从中性点经低电阻接地配电网的最末一级开始，每一级的动作时限都要比下一级的保护动作时限大至少一个时限级差。因此，变电所接地变压器的零序过流保护可以作为零序保护总后备，可以设置两段定时限零序保护。根据此原则，得出图3中继电保护的时间配合关系。总变压器或发电机作为零序保护的总后备，配置两端定时限零序保护，一段时限取0.6S，动作跳本段母线相邻母联断路器CB5；二段时限取0.9S，动作跳本段母线主断路器CB4。

结语

综上所述，得出小电阻接地系统的适用范围，利用工程实例，证明了中性点接地电阻和接地电流计算方法的正确性，最后给出了零序电流保护在系统发生单相接地中的应用和整定方法。

参考文献：

[1]鲍有理，季东方.小电阻接地系统零序电流Ⅱ段保护整定策略研究[J].江苏电机工程，2014，05：25-27.

[2]顾韧，闫少波.10kV配电网中性点经小电阻接地方式分析[J].电工电气，2015，05：37-40.

[3]曾国，何晓章，孙珊等.110kV电阻接地配电网的接地保护研究[J].电气制造，2013，03：37-40.

作者简介：

1.蒋剑峰（1972.12），男，汉族，工程师，大学本科，研究方向：继电保护整定工作

2.武磊（1984.4），男，汉族，工程师，硕士研究生，研究方向：继电保护整定工作

3.刘青（1988.6），女，汉族，工程师，硕士研究生，研究方向：电力系统培训