李龙

摘 要：电能是企业生产、日常生活等各个方面的重要能源，配电网则承担着将电能从发电厂（变电站）输送到电力用户的重任。因此，配电网系统的运行安全和可靠性直接关系到了各电力用户的用电利益。文章首先概述了10kV配电网小电阻接地系统单相短路故障，随后在分析其短路特性的基础上，结合实际工作经验，分别从获取零序电流、零序电流的保护配置和整定、小电阻接地系统运行保护等方面，提出了单相短路保护的可行性策略。

关键词：10kV配电网；小电阻接地系统；短路故障；保护策略

中图分类号：TM713 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0171-02

引言

在城镇化建设深入推进的同时，我国城市和农村配电网的改造工作也在不断进行，在扩大电网容量、智能控制技术研发以及优化电网结构等方面取得了良好层级。但是在配电网实际运行过程中，由于多種因素的影响，容易出现各类问题，短路故障就是其中较为常见的故障之一。大量的实践证明，中性点接地方式可以显著提高配电网的稳定性和经济性。因此，有必要以此为着手点，探究保护10kV配电网安全运行的措施。

1 短路故障及其保护概述

短路是配电网运行过程中的一种多发故障，通常发生在相与相之间，在部分中性点直接接地的电力系统中，短路则有较大的概率出现在相与地之间。无论是哪一种形式，当发生短路故障时，故障区域电路的瞬时电流可能会达到十几万安，这远远超出了电力系统的额定运行电流，由此会给电路相连的电气设备造成损害，严重情况下还会危机到设备操作人员或周边人员的健康安全。所以，10kV配电网中所用的电气设备，都要求具备较高的热稳定性和抗击穿能力或是外加保护装置，在面对瞬时强电流冲击时，能够正常工作。

导致配电网短路故障的因素较多，其中最主要的是电气设备的绝缘性能不达标。例如设备安装之前没有进行绝缘性能试验，或是后期使用过程中出现绝缘老化、损坏等。对于10kV配电网小电阻接地系统来说，一旦发生短路故障，不仅故障源的电流较大，容易造成设备损坏和增加维修难度，而且还会对通讯造成干扰影响。因此，加强10kV配电网小电阻接地系统单相短路故障原因的分析及制定保护措施，成为保障整个配电网系统安全、可靠运行的关键。

2 10kV配电网小电阻接地系统单向短路特性分析

一直以来，国内10kV配电网中性点接地方式有三种方式，分别是中性点不接地、消弧线圈接地和小电阻接地。三种接地方式各有应用优势，但是经过近年来的电网改造以及电缆线路覆盖面积的增加，中性点不接地和消弧线圈接地两种方式逐渐暴露一些缺陷，例如选线困难、难以进行容量调节等。因此，小电阻接地在国内10kV配电网中得到了比较广泛的使用。

2.1 小电阻接地系统单相短路稳态特性分析

当小电阻接地系统出现短路故障后，三相系统中的总电压没有发生变化，此时10kV配电网中各个电气设备的运行不会受到明显的干扰。与此同时，系统中的非故障电压会升高约1.5倍，在电阻不变的情况下，电路中的电流也会相应提高，电气设备承受的电流负荷增加，绝缘装置面临较大压力。随着短路电流的不断增加，会在故障发生区域的两端形成较高的跨步电压，如果该故障区域暴露在空旷环境下，很有可能给周边的行人造成安全威胁。

短路的稳态特性有：（1）所有流进故障源的零序电流，其电流总量等于各中性点支路零序电流的总和；（2）对于非故障相元件，可以近似的将零序电流看作为对地电容电流，但是相应的电压方向相反；（3）零序网络由同级电压网络中的元件对地的等值电容及中性点支路构成通路，与中性点不接地系统的零序网络的通路有着不同，网络的零序阻抗较小，短路时零序接地电流较大。

2.2 小电阻接地系统单相短路暂态特性分析

在理论研究中，为了便于进行理解和计算，我们将整个短路过程看做为一个稳定状态；但是在实际情况下，短路故障需要经过一个过渡过程，然后才进入稳定状态，我们将这个过渡过程称之为暂态。在这一阶段，由于电力系统单相接地，因此在故障区域的对地电压会有所下降，而相应的非故障对地电压则会有所提升，暂态过程中的电容电流即为两者之和。

短路的暂态特性有：（1）受故障区域电压下降的影响，相应的故障相电流也会同步衰减。由于该电流的流向是从母线到故障点，当电流变弱时，故障点的过渡电阻、振荡频率等线路参数也会出现不同程度的波动变化；（2）受非故障相电压提升的影响，非故障相的电容电流呈现出瞬时增加状态，由于故障点处短路，电流不能形成闭合回路，因此在故障点两侧堆积，电感较大，但是振荡频率较低。

3 10kV配电网小电阻接地系统保护方案

3.1 检测并获取零序电流

零序电压和零序电流是设计小电阻接地系统保护方案中的两个重要参数，对于零序电压的检测和获取比较容易，通常情况下可以利用电压互感器，在线路低压侧测量开口三角回路即可。但是对于零序电流，则有两种不同的检测和获取方式：一种是类似与零序电压的获取方式，利用零序电流互感器直接获得；另一种则是需要借助于三相线路过电流滤器，对获取数据进行简单的计算后在得出具体的零序电流。

零序电流保护系统主要分为三部分，分别是零序电流过滤器、电流继电器和零序方向继电器。当发生单相短路故障后，可以借助于零序电流过滤器检测此时线路中零序电流的具体数值，随后利用电流过滤器降低电流值，使其维持在电力系统正常运行状态下的电流数值。电流过滤器一般采用三相星型连接方式，流入继电器的电流I=Ia+Ib+Ic=3I0。如图1 所示。

3.2 零序电流的保护配置和整定方法

通过上文分析可知，当小电阻接地系统发生单相短路故障后，系统内的零序电流甚至要高于额定电流，为了避免零序电流对正常电气设备造成损害，还需要对零序电流进行必要的整地和保护。

（1）零序电流的保护配置。中性点电阻零序电流保护可作为10kV母线以和中性点小电阻的主保护，同时作为相邻出线的后备保护。架空线路系统还应该配置自动重合闸装置（三相一次重合闸方式），使得瞬时性故障重合闸成功来保证供电可靠性。而电缆线路，鉴于其自身的非自恢复的绝缘特性特点和永久性故障占较高比例的特点，可以不必装设自动重合闸装置。（2）过流继电器的动作时限考虑与10kV各条出线的零序過流保护相配合，发生故障后，此保护以较短的第一时限跳开10kV分段断路器，同时闭锁备自投装置；根据实际需求来设置第二时限跳开主变低压侧断路器；设置第三时限跳开主变高、低压侧全部断路器。接地变的保护接线较为简单并能有效准确的隔离故障。

3.3 零序电流保护性能稳定性分析

（1）当电流回路断线时，可能造成曲折变的零序电流保护保护误动作，这是零序电流保护灵敏度较高时的弱点。但断线情况较少发生，可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法来防止这种误动作，一方面能够保障在短路状态下，整个电力系统可以得到一部分电力供应；另一方面也有效降低了因为短路对电力系统中电气设备带来的冲击影响。（2）在系统单相重合闸发生时，此过程中将有可能出现非全相运行状况，因此系统有可能出现数值较大的零序电流，会影响零序电流保护的正常工作，在一定程度上增加了零序电流继电器的荷载。对于上述情况的发生，需要注意考虑整定计算，或单相重合闸动作过程中使零序电流保护短时间退出运行。

4 结束语

在10kV配电网小电阻接地系统出现短路故障后，会在故障区域形成高达上千伏的跨步电压，对接地点周边人们的健康安全构成了严重威胁。另外，由于短路时线路中瞬时电流增加，对于没有按照绝缘装置或是绝缘层老化的电气设备，还有可能发生击穿，损害电气设备的正常运行。因此，需要综合分析可能导致小电阻接地短路故障的原因，并以此为着手点，探究可行性的保护措施，保障电力系统运行安全，为电力用户提供更加优质和稳定的电力能源。

参考文献：

[1]梁志瑞，娄欣，牛胜锁，等.10kV配电网多组母线TV并联运行时的消谐器安装方案研究[J].电测与仪表，2014，51（9）：110-114.

[2]王激华.10kV配电网用户分界智能开关的研究与实践[J].中小企业管理与科技旬刊，2012（3）：306-307.

[3]李家欣.试论10kV配电网智能化在线路故障处理方面的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2015，15（4）：52-54.

[4]董秀清，杨炳元，金海望，等.10kV配电网中性点经消弧线圈接地系统的故障选线方法[J].内蒙古电力技术，2012，30（4）：9-13.