小电阻接地系统的影响分析

小电阻接地系统的影响分析

李团保、杨跃超、段映彪

（云南电网有限责任公司红河供电局，云南红河，661100）

摘要：随着国民经济的发展，城市开始逐步以电缆为主，小电阻接地系统因此得到了广泛应用。随着国民经济的发展，不少城市配电网已经改变了过去以架空线路为主的局面，代之以电缆线路为主，这使小电阻接地系统得到应用。这种接地方式，可以将系统发生接地故障时运行设备及城市通信系统的影响限制到最小程度；中性点设备投资费用也不高；系统的事故率可大大降低，有利于整个系统安全可靠运行，本文对小电阻接地系统对保护的影响作了分析。

关键词：小电阻接地系统；保护；影响分析

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0.引言

小电阻接地系统在运行过程中会发生短路故障和不正常运行情况,造成短路。许多短路会产生大于额定电流几倍到几十倍的短路电流,同时使电力系统的电压水平下降，对于小电阻接地系统，保护装置可以根据检测到的故障电流，快速切除配电系统中的接地线路，从而不易使故障点发展为两点接地故障，有利于缩短故障线路修复时间。这就对继电保护提出了要求，那么小电阻接地系统对于继电保护会产生什么样的影响，本文将做具体分析。

1.小电阻接地系统及其继电保护

1.1小电阻接地系统

小电阻接地方式可以将系统发生接地故障时运行设备及城市通信系统的影响限制到最小程度；中性点设备线路，费用也不高，有利于整个系统安全可靠运保证供电可靠性是很不利的，对部分架空供电线路，还可以采用自动重合故障线闸装置，以提高其对用户供电的可靠性。统中性点采用电阻接地方式已经成为国内的一种方式。对于馈线等保护对象，以往小电流接地系统配置的保护包括：作用于跳闸的限时相间速断保护和低压闭锁的过电流保护，作用于信号的零序 电流及零序电压保护，一二次自动重合闸及重合闸后加速。发生单相接地故障时，由零序保护发出接地信号，若有消弧线圈，则由手动或自动投入消弧线圈，对接地电容电流进行补偿，然后由选线装置或运行值班人员找出故障线路，断电后进行处理。但由于消弧线圈补偿接地电容电流后进行处理。但由于消弧线圈补偿接地电容电流线路，只有由运行值班人员拉路选线，这样对于保证供电可靠性是很不利的，也失去了单相接地故障线路可再运行1~2h 的意义。发生单相接地故障时要求零序电流保护要有选择性地作用于跳闸，这将影响到对用户供电的可靠性，特别是对重要用户的影响。为此，应考虑在供电网络中采用环网供电开环运行方式，并在开环处采用备用电源自动投入装置，以迅速恢复供电；也可以考虑由同一变电站单母分段的两段母线上分别送出的双回线供电方式，以及在有电缆及架空线路组合的线路上装设自动重合闸来保证供电可靠性的措施。

1.2电阻接地的原理

在变压器二次侧中性点经过一个电阻接地后，一旦发生单相接地故障，接地故障点、中性点接地电阻、大地及故障相共同构成了一个电流通路，在总出线和故障线路中出现很大的零序电流，而非故障相中则无零序电流通过，因此，可以非常准确迅速的启动保护，将故障线路从系统中隔离。同时，由于中性点与地之间只有一个不大的电阻，在出现故障时起到了良好的钳位作用，保证了非故障相电压的升高非常有限，同时弧光过电压、谐振过电压等水平低。

1.3小电阻接地系统及其继电保护初步应用

对于小电阻接地系统，当电网发生单相接地故障时，由于人为地增加了一个与电网接地电容 电流相位相差90°的有功电流，流过故障点的接地电流就等于电容电流和有功电流的相量和。由于单相接地时故障电流大，必须切除故障线路，故其保护配置可为：限时(瞬时)电流速断保护，低电压闭锁过流保护，两段式零序保护，所有保护均作用于跳闸。对于架空输电线路，应配置一、二次(或多次)自动重合闸，使得瞬时性故障后可尽快恢复供电，同时在永久性故障时，加速继电保护动作于跳闸；对于电缆输电线路，考虑其故障必定是永久性故障(或永久性故障所占故障比例，很大)，故不必设置自动重合闸。另外，为保证可靠地切除故障线路，保护一次设备的安全，考虑到故障线路的保护或开关存在拒动的可能，所以应在中性点接地电阻回路中加装电流互感器(TA)，接入零序后备保护(或称接地电阻零序保护)，加适当延时后，作用于跳开变压器低压侧开关。

1.4继电保护装置的配置和形式

接地保护动作的灵敏度与接地故障电流的大小有关。在中性点不接地的系统中，发生单相接地故障时，由于流经故障点的接地电流很小，故障线路与非故障线路电流差别不大，难以实现有选择性的接地保护；经消弧线圈接地的系统，接地电 流受消弧线圈补偿度的影响，大小和方向发生变化，不能直接用来故障选线。而对于中性点经小电阻接地的系统，单相接地故障时，非故障线路中流过本线路产生的电容电流，而故障线路流过的故障电流为单相接地电流与各线路电容电流的向量和，其值比非故障线路的电流大得多，采用零序电流互感器与电流继电器、时间继电器组成零 序电流保护，就可实现线路单相故障的保护功能。目前采用的接地保护形式为：电缆线路设置一套定时限零序过流保护，考虑到架空线路阻抗较大，采用反时限零序过流保护

。定值要满足以下条件：一是按照过电流保护原则要保证灵敏度；二是要躲过非本线路故障时, 本线路流过的最大电容电流。

2.继电保护的内在要求

2.1短路危害

电力系统在运行过程中会发生短路故障和不 正常运行情况,造成短路。许多短路会产生大于额 定电流几倍到几十倍的短路电流, 同时使电力系 统的电压水平下降。大电流和低电压的后果是: （1）电压水平下降,影响用电单位的生产。（2）故障点产生的电弧要烧毁故障点的电气设备。（3）短路电流流过电气设备的载流部分,产生很 大热效应和电动力效应,可能损坏电气设备。（4）可能破坏电力系统稳定。

2.2继电保护的作用

（1）将故障元件从电力系统中快速、自动地切 除,使其损坏程度减至最低,并保证最大限度迅速 恢复无故障部分的正常运行;（2）反应电气元件的异常运行工况,根据运行维 护的具体条件和设备的承受能力,发出警报信号、减负荷或延时跳闸。

3.小电阻系统接地的继电保护分析

3.1小电阻接地系统对继电保护的装置要求

（1）可靠性:继电保护装置对被保护范围内发生属于它应动作的各种故障和不正常运行状态,应 保证不拒绝动作; 在正常运行和即使发生故障但不属于它应动作的情况下,应保证无误动作。（2）选择性:系统发生故障时,继电保护装置应 有选择地切除故障部分,使非故障部分保持继续运行。（3）快速性:短路时快速切除故障,可以缩小故 障范围、减小短路电流引起的破坏程度、提高电力 系统稳定。因此,继电保护装置应力求快速动作。（4）灵敏性:继电保护装置对被保护设备可能发 生的故障和不正常运行状态的反应能力要强,要求能够灵敏地感受和动作。保护装置可以根据检测到的故障电流,快速切除接地线路,从而不易使故障点发展为两点接地故障,有利于缩短故障线路修复时间。在接地故障期间,非故障相的电压也不高于线电压。此外,这种接地方式可以将系统发生接地故障时运行设备及城市通信系统的影响限制到最小程度; 中性点设备投资费用也不高;事故率可降低,有利于整个系统安全可靠运行。

3.2零序电流保护的配置和整定

单电源小电阻接地保护可以采用比较简单的 零序电流保护。零序功率方向保护可以利用故障线路和非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性的保护，这种方式适用于零序电流保 护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络 中，但是零序 TA 极性一般不好确定，现场曾经出现过越级的动作行为。

3.3 CT饱和问题

当33kV系统发生单相接地故障时，将有零序电流通过主变33kV开关流向接地变，仅在主变低压侧二次回路出现零序电流分量，从而在主变差差动回路中形成零序差流，若零序差流大于差动保护电流启动值时，差动保护将可能误动。目前 在时的继电保护国内工程部分应用中，有两种方案解决此问题：（1）保护装置硬件和软件上均不采取措施滤除 零序分量，在变压器差动保护整定时躲过系单相 接地故障时的最大零序电流。（2）一些工程的应用中，普遍希望比率差动保护具有足够高的灵敏度，来反映变压器匝间故障。

3.4 馈线保护

一般建议出线接地保护配置为零序限时速断保护和零序过流保护，其整定原则如下。 （1)限时速断按躲开被保护线路末端发生单 相或两相接地短路故障时出现的最大零序电流I0max来整定。（2)零序过流作为本线及相邻线路的后备保护，其动作电流按躲开线路最大负荷时，在零序电流过滤器中产生的最大不平衡电流Ibpmax来整定，灵敏度按末端接地时的最小零序电流来校验，对本线而言，灵敏度不小于2，其动作时间应与零序速断保护的动作时限及相邻线零序保护动作时间相配合。

3.5 在小电阻接地系统中引入分布式发电的保护

随着分布式发电在电网的大量接入，致使该 区域供电系统的结构发生较大变化，改变了中低 压电网短路电流的分布，当分布式发电通过 10kV或 35kV 小电阻接地系统接入电网，即非单电源的 小电阻接地系统，将会对该区域的继电保护的配 置和动作整定带来一定的难度。这种情况下应引 入分布式发电的继电保护装置。

4.小结

在中性点经小电阻接地系统中，发生接地故 障电流较大，对继电保护造成了一定的影响。随着小电阻接地系统接地方式在电力系统中采用的增多，探讨准确、合理的继电保护方案显得尤为重要。

参考文献

[1]曹振种.系统中性点接地方式解决方案: [R].北 京:清华大学电机工程与应用电子技术系,2004(5).

[2]蒋心泽,徐永生.中性点经小电阻接地系统接地 保护方案探讨[J].上海电力学院学报,1998,14(2).

[3]赵卫中,孙仲齐.中性点经电阻接地的技术[J].高 电压技术,2006(6).

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