摘要：众所周知21世纪电能资源已经成为一个国家经济和社会发展的重要支柱，电能已经在方方面面影响着我们的生活。对于电能而言，电网是电能从发电厂传输到用户终端的载体和唯一渠道。本文针对比较典型的10kV配电网的小电阻接地系统单相短路故障进行了分析总结，指出了10kV小电阻接地系统故障的特性。
关键词：小电阻接地；接地网；参数不对称；零序电流保护；
引言
近年来我国的发展速度越来越快，与此同时企业的配电网也在进行着持续的深化改革。目前的电网改革主要是朝着增大电力网络容量、智能管控科技探究、电网架构整合方面发展，并取得了一定的成果和进步。然而目前的配电网在日常的运营当中，往往会由于各种因素导致出现了种种的问题和故障，而其中短路故障是一个比较典型和高频发生的问题，每年都会给企业带来大量的经济损失。在目前我国的绝大多企业当中，采用较多的配电网是10kV配电网，这种配电网为了增大地容电流而较多的会采用地下电缆的方式。这也就导致了10kV配电网比较容易出现小电阻接地系统接地故障。针对这一典型的电网，本文对10kV小电阻接地系统故障的特性和起因进行了分析和讨论，并根据相关的工作经验提出了相应的改进和预防措施[1]。
1.短路故障及其保护概述
对于电网而言，在其众多的故障类型当中短路故障是发生频率最为频繁和常见的一种故障。一般而言，电网的短路故障一般会发生在两个相位之间。同时如果电网是中性点直接接地的电网中，其短路故障则主要表现为单相接地短路故障。总体来说，任何一种电网形式，其短路故障都会不可避免的产生瞬间巨大电流，在短路面处短路电流甚至可以高达10万安。显然这种超过额定电流数倍甚至数十倍的电流会不可避免的对电路连接的电气设施造成巨大的毁坏，严重时会造成巨大的人员和财产损失。
2.10kV配电网小电阻接地系统接地单相短路特点剖析
对于10kV配电网而言，其接地系统主要有以下3种接地形式，第一种为小电阻接地故障；第二种为中性点接地故障；第三种为消弧线圈接地故障。综合而言，这3种接地模式都有各自的优缺点。在目前我国的配电网当中，小电阻接地模式是最为广泛使用的一种电网接地方法[1]。
2.1小电阻接地系统单相短路稳态特性分析
对于小电阻接地系统而言，往往在发生了短路异常时，主要会表现出三相系统的电压总值保持不变的特点。正是由于这种短路稳态特性导致10kV配电网的电气设备受到的短路故障的影响较小。另一方面，接地系统内的无故障电压则会提高很多，根据欧姆定律在这种情况下，电路内的电流势必会增高，这就会不可避免的导致电气设施的电流负载增大。与此同时也会在短路故障区形成很高的跨步电压，对周围的人员财产形成巨大的安全威胁。
短路稳态特点为：（1）全故障源全部流入的零序电流，其电流的总和等同于中性点的零序总电流；（2）对正常的电网元件而言，能够将零序电流视为对地电容电流，与其相关的电压方向相反；（3）零序网络由中性点支路及同级电压网络中的元件对地等值电容所形成的通路，和中性点不接地系统的零序网络所构成的通路相区别的是，短路接地零序电流大、网络的零序阻抗比较小。
2.2小电阻接地系统单相短路暂态特性分析
从理论上来讲，小电阻接地系统的短路过程等同于稳态处理，显然是不符合实际情况的，这种情况只适用于理论计算。在现实的短路过程当中，短路故障的过程是一个动态的过程，在稳态状态之前会存在一个过渡流程，通常我们把这种过渡环节叫做暂态过程。这种短路的暂态过程的具体特性主要表现为故障所在地区电压发生降低进而导致故障相的电流相应的降低。而在非故障相由于其无法构成完整的封闭回路，进而会导致故障点产生较大的积累电压，出现低频振荡。
3.接地网接地不良
对于10kV配电网而言，其小电阻接地系统的主变压器高压侧主要采用中性点直接接地的方式。对于电网的接地系统而言，当出现接地故障时往往会引起接地网电位升高，最后会导致10kV侧电网的电压出现异常。当接地系统出现故障时，相电压的升高将进一步增大小电阻上的零序电流。此时，配电网的接地网接地电阻调整为Rj，如图1所示[2]。
图1 高压侧C相短路时传递电压示意图
与此同时在10kV侧，对地电容上的电压会持续升高。如果出现了电缆线路参数不对称的情况，便会导致小电阻上出现零序电流，最终可能会引起接地变压器零序电流保护误动。
4.10kV配电网小电阻接地系统保护方案
4.1检测并获取零序电流
对于小电阻接地系统在进行设定保护系统时，需要重点关注2个核心关键的参数。这两个核心参数便是零序电阻以及零序电流。相对而言，一般情况下零序电压是比较容易进行测量获得的。对于零序电压的测量一般是在线路低压端测量开口三角回路，利用电压互感器进行测量。而对于零序电流的保护系统而言，由于其具有3个电路元件即，第一是电流继电器，第二为零序方向继电器，最后为零序电流滤波器。因此在发生单相短路异常时，零序电流是较难检测的。
4.2零序电流的保护配给与整定方式
如上文所述，当10kV小电阻接地系统产生接地短路异常故障的时候，零序电流会远大于额定电流。这时，我们需要尽量避免较大的零序电流对稳定运行的电气设施产生损害。因此，当发生接地系统故障时应当采取如下措施对零序电流进行有效地保护[3]。
（1）零序电流的保护配置。利用中性点电阻零序电流来对中性点10kV母线与小电阻进行保护，同时也可以作为临近路线的后备保护。在架空线路网络当中适当的配置智能的重合闸装备，使得短路的暂态的故障过程中的重合闸能够顺利完成，确保输电的稳定性。（2）由于10kV配电网的各条出线具有相同时限的零序过流保护和过流继电器，因此当故障产生以后，为了更好的确保将10kV配电网的分段断路器能够断开，此时需要将自投设施锁定。
4.3零序电流保护性能稳定性剖析
（1）由于零序电流的保护性能的稳定性较差以及保护灵敏度不够，会导致在电流回路产生事故的时候，发生绕组零序电流保护误操作的情况发生。（2）另外，有时系统也会产生单相重合闸的时候，会发生非全相运行的现象。这种情况往往会导致故障发生区域的电网当中产生了超过额定电流的零序电流值，甚至严重时，会严重的妨碍零序电流保护的稳定运行，也会给零序电流继电器负荷带来巨大的保护压力。为了避免这种情况的发生，在发生短路故障时，我们需要在在较短的运行时间当中，密切关注零序电流保护过程中的整定或单相重合闸操作。
结束语
对于10kV配电网而言，经常会发生小电阻接地系统短路事故。通常短路事故会在短路故障区域两端，形成一个1000伏的跨步电压，这势必会对附近的人民生命财产带来极大的威胁。因此，本文针对比较典型的10kV配电网的小电阻接地系统单相短路故障进行了分析总结，并根据相关的工作经验提出了一些短路故障零序电流的保护方法和相应的改进和预防措施。
参考文献：
[1]袁勇，李晓明，潘艳，等.10kV小电阻接地系统特殊问题的研究[J].电力系统保护与控制，2003，31（7）：16-20.
[2]杜伟忠.10kV配电网小电阻接地系统单相短路故障及其保护[J].中国战略新兴产业，2017（48）.
[3]毛柳明，周恒逸.10kV配电网小电阻接地系统单相接地故障特性研究[J].湖南电力，2012，32（1）：20-23.
论文作者:赵建平
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/28
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