陈福全++李铁柱

【摘 要】 本文针对小电阻接地系统，描述了小电阻安装地点及零序电流获取方式，对其优缺点进行了分析。在此基础上结合合肥地区电网20kV配网系统及保护配置现状，根据实际案例对小电阻接地系统单相接地故障电流进行计算，提出了变电站主变、20kV出线，以及下一级环网柜、开闭所20kV零序电流保护配合方案，用较简单的方法实现了小电阻接地系统零序保护的配合。

【关键词】 小电阻接地系统 零序电流保护 整定计算

当前我国的配电网络以不接地系统为主，随着经济快速发展，城市配电网电缆线路爆发式增加，单相接地故障时电容电流远远超过限额，极易产生弧光过电压发展为相间短路。与此同时电缆永久性故障占比大、抗过电压能力差，电容电流较大时消弧线圈补偿设备配置困难等问题不断出现，不接地系统持续供电的优点难以发挥作用。为适应社会经济和电网发展的新形势，弥补10kV系统输送容量小、损耗大，降低电网建设成本，提升配电网的供电能力，从2010年开始，合肥供电公司在合肥滨湖新区配电网中逐步取消了10kV不接地系统，推广应用20kV小电阻接地系统，取得了良好的成效。

1 小电阻安装地点及零序电流获取方式

1.1 小电阻安装地点

小电阻接地系统变压器低压侧接线组别分星形和三角形两大类，小电阻安装也主要有主变低压侧中性点和母线接地变中性点两种方式。供电公司系统变电站一般采用主变低压侧中性点方式，220kV三圈变压器组采用Y/Y/Y/Δ接线，110kV变压器组采用Y/Y/Δ接线，Δ侧为稳定绕组，取变压器容量的25～30%。因加装稳定绕组的变压器造价较贵，用户变电站220kV三圈变压器组采用Y/Y/Δ接线，110kV变压器组采用Y/Δ接线，以降低造价成本。按照《3kV～110kV电网继电保护运行整定规程》的要求：低电阻接地系统有且只能有一个中性点运行，当接地变压器或中性点电阻失去时，供电变压器的同级断路器必须同时断开。所以接地电阻装在接地变压器中性点时，虽然节约了成本，但也降低了供电可靠性，所以不为供电公司采用。

1.2 零序电流获取方式

在实际工程中，零序电流获取主要有两种方式：一种是外接穿心式，零序电流互感器直接套在三相封装电缆中，多见于电缆出线；另一种是合成自产式，由三相馈线电流互感器相电流在保护装置上合成零序电流，多见于架空线出线。

外接穿心式电流互感器较灵敏，一次零序电流发生微小变化就能引起二次侧电流较大改变，内部不平衡电流小，但零序电流大时易饱和、传变误差易增大。自产合成式三相电流互感器灵敏度稍差，三相电流互感器传变特性差异将产生零序不平衡电流，发生相间故障时不平衡电流随一次电流增大而增大，给保护整定带来不便，其优点是线性范围大，能耐受较大短路电流而不饱和，传变误差较小。在工程中外接穿心式对零序电流互感器安装工艺要求高，电缆内金属护层必须正确接地，否则发生接地故障时，接地线中电流将影响零序互感器正确采样，正确接地方式如下图（图1、图2）所示。

2 主变零序电流保护计算分析

根据《3kV～110kV电网继电保护运行整定规程》的要求：10～35kV低电阻接地系统中接地电阻的选取宜为6～30Ω，单相接地故障时零序电流（3I0）限以1000A内为宜。下面就系统内常见的，在变压器中性点安装一个20Ω电阻器方式（图3）接线开展单相接地故障分析。

2.1 系统参数（见表1）

2.2 主变阻抗参数（见表2）

变压器阻抗电压Uk%=13.95，则标么阻抗ZT*==1.395；中性点接地电阻20Ω，则标么阻抗R*=320=136.054。主变零序标么阻抗经过计算分别为：ZTH0=1.294、ZTL0=0.703、ZT△0=0.068。

2.3 单相接地短路电流计算

因零序阻抗较大，两相接地故障的零序电流小，但相间电流很大，完全可以由相间过流保护动作，切除故障，故不再分析。

选取20kV母线发生单相接地故障（图3 B点），则Z1=0.899+1.395=2.294，则Z0==136.056，因R>>X，所以工程计算中可以忽略变压器零序阻抗。

所以B处单相接地短路电流3I0==606A，主变20kV总开关零序Ⅰ段，考虑系统小方式下对母线单相接地有1.5倍及以上的灵敏度，则主变20kV总开关零序Ⅰ段取：400A、1.2s（跳本侧）；零序Ⅱ段取：300A、1.5s（跳各侧）。

保护整定与运行要兼顾灵敏性、速运性和选择性，低电阻接地系统的设备发生单相接地故障，本设备的保护应可靠切除故障，允许短延时动作，但保护动作时间应满足设备的热稳定要求。因单相接地零序电流被限制在600A左右，零序保护动作时间可以相对延长，便于下级线路、开闭所、环网柜零序保护的逐级配合。同时，为避免主变低压侧绕组及引线发生单相接地故障（图3A点）无法切除，主变20kV总开关零序Ⅱ段1.5s应跳开主变各侧开关。

3 线路零序电流保护计算分析

以上分析初步确定了主变零序保护与线路零序保护时间的配合关系。在出线零序保护电流计算分析时，电缆出线零序阻抗较小，接地电流变化不大，线路末端单相接地与母线单相接地在工程上可视为一点。如架空出线则零序阻抗大得多，定值计算时必须充分考虑线路阻抗的影响，现以城配网最大输送距离10千米考虑，JKLYJ-240型架空出线为例计算分析。

架空线标么阻抗ZL1=10（+j0.4）=2.976+j9.07，ZL0=3（2.976+j9.07）=8.928+ j27.21

3.1 线路零序Ⅰ段保护（考虑开关出口近端金属性接地故障）

⑴零序Ⅰ段对开关出口单相接地短路有足够灵敏度

ⅠL01 ≤=303A

⑵零序Ⅰ段电流定值与主变低压侧总开关零序Ⅰ段配合

ⅠL01 ≤=333A

⑶零序Ⅰ段躲区外故障不平衡电流影响

ⅠL01 ≥1.50.11000（设CT为1000/5）=150A

综合考虑取：300A，0.9s

3.2 线路零序Ⅱ段保护（考虑线路弧光高阻接地故障）

⑴零序Ⅱ段对线路末端单相接地短路有足够灵敏度

ⅠL02=/1.5=346A

⑵零序Ⅱ段电流定值与主变低压侧总开关零序Ⅱ段配合

ⅠL01 ≤=250A

综合考虑取：200A，1.2s，（如图4所示）

上述计算分析中，还需注意单相接地故障时，过流保护与零序保护都将感受到短路电流，当过流保护定值小于零序电流定值时，两者均有可能动作。如果时限配合不合理，有可能过流保护先动作，对故障分析、排查带来不便，因此在定值设置时，应确保单相故障时零序保护优先动作。

4 结语

小电阻接地的配电网系统，具有降低绝缘要求，节约电网建设成本，提容降损等方面的优越性，正在逐步推广。小电阻接地系统零序保护时间设置得当，可以实现保护逐级配合，高效方便的实现故障的隔离与查找。两台及以上主变的变电站，不宜并列运行，在降低单相故障短路电流的同时避免由于零序分流造成的上下级定值不配合。

参考文献：

[1]DL/T 584-2007.3kV～110kV电网继电保护运行整定规程[S].中国电力出版社，2008年6月.

[2]廉浩明，冯峰.20kV中性点接地方式和主变压器接线级别选择[J].电世界，2012（2）：29-30.

[3]饶杰.小电阻接地系统零序电流不同获取方法的比较研究[J].科技创新导报，2012年第36期，29-30.

[4]汤向华，施雄杰，东志清.20kV系统保护配置及整定方案[J].农村电气化，2009年第9期，总第268期.