（国网四川平昌县供电有限责任公司 四川省巴中市平昌县 636400）
摘要：随着我国社会经济的快速发展，配网也在不断扩展，中低压配电网电缆的持续增加和用电负荷的提升，使得配电系统的电容电流也在不断增加。近几年来，我国很多城市开始研究配电网小电阻接地系统的利用。本文重点探讨了10kV配电网小电阻接地系统单相短路故障与保护。
关键词：10kV配电网；小电阻接地系统；单项短路；故障与保护
引言
我国配电网长时间以来采用的都是前苏联的形式，中性点采取传统的小电流接地方法，即经消弧线圈接地或者是中性点不接地的方式。在电网当中主变压器低压一侧通常是三角形接法，在该系统中，如果产生单相接地故障，线电压三角形基本保持对称，流经故障点的电流只是经消弧线圈补偿之后的残流或者是电网的电容电流，通常限制在10A之下，对用户工作的影响很小。但是由于近几年城市绝缘架空线与电网电缆的广泛应用，配网的电容电流在急剧加大，导致所配备的消弧线圈容量越来越大，并且配电线路的瞬时性故障在变少，所以，小电流接地方式的优点变得不再显著。随着带来的弧光接地过电压太高，小电流选线麻烦，消弧线圈增容改进耗资巨大等缺陷越来越明显。
2.电网小电阻接地体系概论
中性点通过电阻接地方式在相应的中性点与大地间接进入相应阻值电阻。但是城市配网中性点的电阻一般是选取阻值小于等于600的小电阻，能够有效限制流过接地点位置的电流在100-1000A。该方法是一种介于中性点不接地和直接性接地的一种接地方式。采取这种方式中性点电阻与系统对有关地电容形成有效的并联回路，由于电阻是耗能设备，同时也是电容电荷释放的元件与谐振阻压设备，它对间歇性的电弧过电压保护以及限制谐振过电压具有很大的优势。
中性点经电阻接地系统通过选取合适的中性点电阻，可以有效的控制经过接地点的零序电流。某市的小电阻系统所选取的电阻值为100，最为重要的是，在产生单相接地故障的时候，相对应的故障位置电流不会超过200A，非故障相的最大工频谐振相应过电压值可以有效限制在相电压的2.8倍以下。针对10kV配电网小电阻的中性位置接地方式，能够有效除去产生故障的线路，它相对的过电压较低，谐振过电压不可能持续发展，因此可以合理降低系统的整体绝缘水平。
3.中性点经小电阻接地方式的特点
中性点经小电阻接地，指的是在中性点接入一个小阻值的电阻。这种电阻跟系统对地电容形成回路，能够减少弧光接地过电压以及单相接地工频过电压，降低配电设备的绝缘水平。在系统发生单相间歇性电弧接地故障时， 通常情况下最大过电压不超过 2． 5 pu ， 单相接地故障电流在 100 ～1 000 A 范围内， 继电保护比较容易实现。且可以快速切除故障， 避免故障点发展为两点接地故障， 同时缩短了故障线路恢复时间。在接地故障期间以内， 非故障相的电压不会高于线电压， 提高了配电网的可靠性和设备的寿命。不足之处是发生单相接地短路故障时， 继电保护立即动作切除故障线路， 增加了停电次数。
4.小电阻接地体系单相短路稳态特征 分析
尽管中性点经过小电阻接地方法具 备很多优势，不过在出现接地故障时其流 过对应故障位置的电流也是较大的，一般 可以达到数百安倍，在相对应的故障位置附近会形成非常高的跨步电压与接触电压，其故障将会在瞬间联系到故障位置附近的人身安全。因此，在发生小电阻接地系统单相接地故障的时候对应解除电压体系的有关过电压以及跨步电压，这同时也是很多电气企业小电阻接地试验点项目最注重的问题。
4.1稳态接地电流计算与分析
有关的中性点所对应经电阻接地以后，可以认为它是归于有效接地系统的，或是非有效的接地系统，需要结合电阻值的实际情况来确定。中压电网的中性点经电阻的接地是着手点，目的就是限制电弧接地的过电压。有关小电流的接地系统对于的继电保护选择处理初期，也利用这种方式实现过故障线路的自动跳闸。当前国内的大城市配电网中性点经电阻对应接地系统，最为关键就是采用中性点经小电阻接地方式，该种接地方式可以有效的限制电弧接地的时候所产生的过电压。
4.2小电阻接地体系单相短路暂态 特征分析
由于对应故障的相电压突然降低而引起的故障相放电，它是流经相应的母线而到达相应的故障位置，其放电电流降低的非常快，振荡频率也可以到达数千赫兹，有关对应的振荡频率，是由电网中故障位置、过度电阻数值以及线路参数来决定的；经过非故障相的对应项电压突然提高而使得非故障相的充电电容电流，它流经故障点而形成回路。由于整体流通的回路电感非常大，因此其对应的振荡频率仅仅有几百赫兹，充电电流也衰减的非常慢。
在相应过渡中，由于配电线路的电阻与电感对其短路电流的小大与性质影响是极其严重的，所以这个时候需要将线路的对应电阻与电感放在对应的电路图当中，即短路时暂态等效电路。小电阻接地系统单相短路等效暂态电路示意图如图1所示。
图1 小电阻接地体系单相短路等效暂态电路示意图
5.小电阻接地系统保护方案
5.1零序电流的检测与获取
零序电压与零序电流的检测在零序电流的保护当中发挥了重要作用。对检测零序电压来说，常见的方法是利用电压互感器的低压一侧其余绕组构成的开口三角回路测得；对于检测零序电流来说，一种是利用零序电流互感器测得，另一种是利用三相线路电流互感器所构成的过滤器测得。零序电流保护可由电流继电器、零序方向的继电器以及零序电流过滤器构成。利用零序电流过滤器测得零序电流，实际情况下零序电流经过过滤器不用专门的一组电流过滤器，可以直接进入同样保护的电流互感器中线之上。一般采取的三相电流互感器，它的连接方式是三相星型接线方法，线路三相的负序或者正序电流分量之和为零，所以其输出量也是零。零序电流过滤器因为其本身工艺原因也会出现不平衡电流，因为三个互感器铁心的磁化曲线并不相同，使得励磁电流不相等，导致电流互感器产生了稳态误差。
5.2零序电流保护配置和整定方法
中性点经电阻接地系统当中产生单相接地故障的时候，会产生比较大的零序电流，因此采取零序电流互感器、时间继电器、电流继电器构成零序电流保护，就能够保证线路单相接地故障的保护，而且这种保护具备明显的优势。10kV配电网小电阻接地系统继电保护配置如图2所示。
图2 10kV配电网继电保护配置示意图
中性点电阻零序电流保护可以用作10kV母线与中性点小电阻的主保护，同时用作邻近出现的额外保护。架空线路系统还需要配备自动重合闸设备，让瞬时性故障重合闸来确保供电的可靠性。然而电缆线路，因为其本身的非自恢复的绝缘特性以及永久性故障占有较高比例的特征，可以不装设自动重合闸设备。
5.3小电阻接地系统运行时保护设置方案
（1）单相接地故障产生时，非故障线路中经过的是本线路产生的电容电流，而故障线路流经的是故障电流是单相接地电流和各条线路电容电流的向量和，它的数值比非故障电流大很多，因此采取零序电流互感器跟时间继电器、电流继电器构成零序电流保护，就能够确保对线路单相故障的维护。结合系统运行的需求可以布设成一段式过流保护或者是两段式过流保护。
（2）因为单相接地的时候故障电流比较大，一定要切断故障线路，所以其保护配置为：低电压闭锁过流保护与两段式零序保护，瞬时电流速断保护，全部保护都作用在跳闸。针对架空输电线路，也需要布设一两次或者多次自动重合闸，保证瞬时性故障能够尽早恢复供电。在发生永久故障的时候，需要加快继电保护动作于跳闸。针对电缆输电线路，由于其故障一定是永久性故障或者永久性故障所占比例很大，所以不必设立自动重合闸。
（3）为了确保可靠去除故障线路，保护一次设备的安全，想到故障线路的保护或者开关有拒动的可能性，因此需要在中性点接地电阻回路当中装设TA，接入接地电阻零序保护或者零序后备保护，适当延时之后，作用在跳开变压器的低压一侧开关。接地变压器装设零序电流保护，它是系统母线与小电阻的主保护，还可以用作馈线零序电流保护的后备保护。
6.结语
综上所述，10kV配电网小电阻的接地系统产生单相接地短路的时候，相关系统的过电压小于经消弧线圈接地，或者是有关不接地的系统，一般不会高于2.5倍，并且对于相应设备的绝缘影响较小。但是其相应接地点1m-2m处的跨步电压会较大，在其接触电阻过大的时候，跨步电压非常有可能达到千伏，这样会联系到接地点附近的人身安全，而且其相应的接触电阻太大而使得回路电流太小，这样非常有可能到不了零序电流的保护值，进而不能切除相应的故障线路。小电阻接地系统对于限制过电压水平与提高择线准确性上具有很大的优势，但是要考虑到接地时的跨步电压过高，其线路杆塔也应该接地，以此降低单相短路故障产生时候的安全风险。
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论文作者:李金鹏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：电流论文; 电阻论文; 故障论文; 过电压论文; 单相论文; 系统论文; 线路论文; 《电力设备》2016年第19期论文;