小电阻接地系统接地故障综合保护方案.docx

小电阻接地系统接地故障综合保护方案摘要：在电力系统当中，做好接地保护，有助于电力系统的顺利运行，对于 供电安全有重要意义对于现有小电阻接地系统接地保护选择性差、灵敏度低且 高阻接地故障检测能力不足等问题，本文研究分析了小电阻接地系统单相接地故 障后零序电流特征，利用上下级纵向配合，提出基于零序过电流的多级接地保护 和延时低定值高灵敏度接地保护，给出保护配置方案和各级保护整定原则利用 线路出口和中性线零序电流幅值横向比较，提出高阻接地故障选线方法希望以 此保证接地安全，防治接地故障，使电力系统安全稳定地运行关键词：小电阻接地系统；接地保护；零序电流；高阻接地；综合保护引言：目前，电力系统的安全与生产建设及人们生活紧密相连如果接地系统出现 了接地故障问题，对于电力系统运行就会存在着影响，需要及时找出故障原因， 并找到解决的措施，以便保证电力系统的稳定运行为解决单相接地故障的快速 切除问题，上海、北京、广州、深圳等城市中压配电网先后将不接地或经消弧线 圈接地方式改为小电阻接地方式针对小电阻接地配电网单相接地故障，部分地 区出于整定维护方便只采用二级零序过电流保护但是会出现保护配置不完善 动作的选择性较差、易造成停电范围扩大、影响供电可靠性等问题。

目前，现场 常用的零序电流保护，其整定值躲过区外线路发生金属性接地故障时流过区内线 路的对地电容电流，定值较高，1 OkV系统的零序电流整定值一般为4 0A, 耐受过渡电阻不超过135Q而实际架空线路或电缆、架空混合线路中单相接 地故障常伴随树障、导线坠地等情况，其中高阻故障比例占接地故障总数的5%10%，并且故障电流可能小于零序过流保护整定值，保护拒动，易造成火灾、 设备损坏及人畜伤亡等1接地故障相关概述1.1 故障判定当小电流接地系统发生接地后，后台监控机将发出“XX千伏XX段母线接地” 告警信号，同时相应母线电压显示故障相相电压降低或为零，非故障相相电压升 高，大于相电压或等于线电压运行值班人员根据上述告警信号及母线电压情况， 基本可以判定配网发生接地故障1.2 接地范围划分电压互感器（TV）发生熔断器熔断、谐振情况，与接地故障极为相似，如果 运行人员不能正确识别，容易错误判断为接地进行处理小电流接地系统运行中， 为准确、迅速查找接地故障点，指导后续处置思路，运行人员需要对接地故障点 进行范围划分，以掌握接地故障发生在哪里一般情况下，可以划分为 3 个区域 主变低压线圈至10kV母线相连的设备、母线及其附属设备、线路。

1.3 接地故障处理原则与要求（1）发生单相接地故障后，应优先考虑对小电流接地选线装置选出的线路 进行拉路检查2）应尽快采取措施缩小故障查找范围（如两台主变并列运行 则先断开分段断路器）3）发生单相接地故障后，下级调度应在规定时间内 自行查清电网内是否存在接地故障并及时将故障隔离4）对于客户临时有保 供电要求的，值班调度员可以变更拉路顺序5）应优先对跳过闸的线路进行 拉路检查，同时参考以下检查顺序：空载线路、线路较长支线较多容易发生接地 的线路、公用线路、重要用户、由于特殊情况已申请保供电线路6）经拉路 检查无接地故障的线路，可直接恢复送电（需联系用户，在拉路前沟通清楚）； 经查为接地的线路应立即隔离；接地线路未查清原因或未隔离不得送电7） 发生单相接地故障后，各级人员应积极紧密配合，尽快隔离故障2单相接地故障零序电流特征分析本质上看，故障特征的出现是因为线路对地容抗远大于中性点接地电阻小 电阻接地系统发生单相接地故障后，零序电流回路主要从故障点开始，经变电站 母线到中性点接地电阻，最后流回大地，称为零序主回路其他零序回路经健全 线路或健全分支对地电容形成零序主回路中的电流幅值是其他健全线路或健全 分支出口零序电流的2 0倍以上。

系统正常运行三相负荷不平衡时，各线路和中 性线中也存在零序电流，但幅值差异不明显小电阻接地系统正常运行时，因线 路对地参数不对称等产生不平衡电流，而发生单相接地故障后，线路中将出现较 明显的零序电流［1］利用对称分量法分析故障点零序电流考虑线路对地电容容 抗远大于线路阻抗和中性点接地电阻值，为分析计算简便，忽略线路对地电容影 响，系统单相接地故障复合序网如图1所示z 1和Z 0分别为变电站中压母线SS前系统的等值正序和零序阻抗；Z 和Z 为故障点到母线的线路正序和零序阻L1 L0抗；Rg为过渡电阻；Rn为中性点接地电阻；UN为系统额定相电压；c是电 压系数(一般取1.05)°10kV的小电阻接地网为满足人身安全对接触电压和跨步 电压的限制，中性点接地电阻值为10Q配电线路单位正序阻抗取(0.27+j 0.08)Q/km，单位零序阻抗取(2.7+jO.348)Q/km主变压器空载电压为 10.5kV，忽略接地变压器电抗线路首端金属性接地时，故障点零序电流为 600A随着过渡电阻增大，零序电流迅速减小，且受故障距离的影响很小过 渡电阻高达1200Q以上时，零序电流几乎不受故障距离与线路阻抗的影响，此 时零序电流不足5A。

图 1 零序电流随故障距离和过渡电阻变化曲线3小电阻接地系统接地故障综合保护方案3.1 高灵敏度接地保护对于10kV配电系统，线路出口零序电流保护整定值为30A，按保护灵敏 度为2进行计算，最大耐受过渡电阻约86Q架空配电线路发生高阻接地故障时, 第2节中配置的多级接地保护（简称常规接地保护）拒动，不能可靠切除故障降 低定值可以提高保护灵敏度，但却无法保证选择性［2］通过延长保护动作时限， 可避免相邻线路或区段故障时本线路或区段保护误动作，提高保护动作的选择性 线路发生单相接地故障后，当故障电流小于保护整定值时，常规接地保护将拒动 此时，零序主回路中的电流最大不超过30A，根据第1节分析结果判断，零序主 回路之外其他位置的零序电流值均小于1.5A为避免健全线路或健全分支保护 无选择性跳闸，可靠系数取1. 3,则保护整定值需大于2A另外，要保证正 常运行情况下保护不启动，则整定值需躲过系统正常运行时由三相负荷不平衡引 起的零序电流通常1 OkV系统电缆和架空线路最大不平衡电流分别为0. 2 6A和0.37A，同时考虑零序电流互感器的线性范围与测量误差，启动电流 应至少达到零序互感器满量程（ 1 0 0 0 A ）的0.5%。

因此，高灵敏度接地保 护整定值确定为5A故障发生后，高灵敏度接地保护启动，为避免健全线路或 健全分支误动，动作时限应大于常规接地保护最长动作时限，且按照上下级时间 级差配合，保证保护的选择性3.2 高阻接地故障选线根据第1节分析可知，过渡电阻达1 2 0 0 Q以上时零序电流低于5A,高 灵敏度接地保护将拒动但此时，故障线路、健全线路和中性线零序电流幅值差 异明显，可利用故障信息横向比较，判断故障线路或母线故障，延时跳闸切除故 障采集变电站各出线及中性线零序电流，任一电流大于最大不平衡电流（取 0.5A ）时，启动故障选线⑶首先比较中性线和各出线零序电流幅值，若中性线零 序电流幅值远远大于（20倍以上）所有出线零序电流幅值，即可判定母线故障； 若没有发生母线故障且其中一条出线的零序电流幅值远远大于（20倍以上）其他 出线零序电流时，判定该线路为故障线路该选线方案启动值低，灵敏度高，三 相负荷严重不平衡时，故障选线也不受影响而在发生高阻接地故障时选线灵敏 度却大大提高，不会拒动，也不会误判3.3 多级接地保护方案对于架空或电缆开环运行网络，接地保护按联络开关两侧的开环系统，依据 上述原则分别配置。

系统正常运行方式一旦改变，负荷转移联络开关合闸，则保 护按新的开环网络重新配置对于闭环运行网络，以解环线路为界将系统解列， 两侧分别配置保护［4］配电线路不同位置发生单相接地故障时零序电流变化不大 且接地电流较小，宜采用整定值小，灵敏度相对较高的零序电流III段保护，依靠 动作时限实现上下级保护的纵向配合由于故障电流较小，对保护速动性要求不 高，这为采用多级级差保护配合提供了条件3.3.1 主干线路断路器保护线路出口断路器配置零序电流III段保护，其定值需躲过本线路的最大电容电 流根据第1节分析结果，配电线路的电容电流一般不超过22.8A,可靠系数取 1.3，则采用零序电流互感器获取零序电流时，可将出口保护定值统一选为3 0 A由于变压器励磁涌流的衰减常数为0.1~0.2s，因此，除了线路末端的配电变 压器保护，其他保护从时间上已经躲过了励磁涌流的影响，无需再考虑中间分 段断路器配置零序电流III段保护，其定值需躲过下游线路最大电容电流，可统一 选为15A出口保护的动作时限既要与分段断路器和下级分支线路相配合，也要 与上级变电站变压器配合，因此时限不能过长或过短［4］另外，考虑多级级差保 护方案不对电气设备的热稳定造成影响，出口断路器动作时限一般选为2-4s。

考 虑断路器开关的机械动作时间、熄弧时间等，保护时间级差选为0.3s分段断路 器保护动作时限按比出口保护小一个时间级差，比下级分支线保护大一个时间级 差来整定3.3.2 分支线保护分支线保护定值需躲过分支线路下游的最大电容电流分支线路供电半径按 5 km计算，如果采用零序电流互感器，整定值可统一选为10A保护动作时 限按比下级分界保护或配电变压器接地保护大一个时间级差，比相邻上级主干线 保护时限小一个时间级差来整定［5］3.3.3 分界保护分界保护的整定值与分支线保护相同，动作时限比其小一个时间级差3.3.4 配电变压器保护配电变压器采用负荷开关———熔断器组合电器时，熔断器额定电流按大于2倍的变压器额定电流来选择，负荷开关配置零序电流III段保护，通过跳开负荷 开关实现小电流故障的保护，而熔断器用于清除大电流故障［6］ 保护动作时限比 相邻上一级保护小一个时间级差动作时限若超过Is,则从时间上已经能够躲 过励磁涌流的影响并且可以和变压器二次侧速断保护配合起来，因此，按躲过最 大不平衡电流整定，其定值为变压器额定电流的1 0%结语：综上所述，本研究提出小电阻接地系统接地故障综合保护方案。

采用配置完 善的多级零序过电流保护方案，快速有选择性地切除故障电流较大的接地故障， 不会越级跳闸扩大停电范围；采用延时低定值高灵敏性接地保护，有选择性地切 除故障电流较小的接地故障；针对过渡电阻高达1200Q及以上的高阻接地故障, 利用各线路出口和中性线零序电流幅值横向比较正确选出故障线路，延时切除故 障该保护方案弥补了传统保护选择性差、灵敏度低和高阻接地检测能力不足的 问题，对于提高供电可靠性和保障设备及公共安全具有重要的意义参考文献：［1］ 杨帆,刘鑫星,沈煜,薛永端,周志强,徐丙垠.基于零序电流投影系数的小电阻接地系统高阻接地故障保护［J］.电网技术,2020,44(03):1128-1133.［2］ 林志超,刘鑫星,王英民,薛永端,孙迪飞,王超.基于零序电流比较的小电阻接地系统接地故障保护［J］.电力系统保护与控制,2018, 46(22):15-21.［3］ 汪洋,薛永端,徐丙垠,李天友.小电阻接地系统接地故障反时限零序过电 流保护［J］.电力系统自动化,2018,42(20):150-159.［4］ 杨伟涛,曾德辉,汪隆君,王钢,吴争荣,于力.逆变型分布式电源接入对小电阻接地系统馈线零序电流保护的影响［J］.电力自动化设备,2018, 38(09):162-[5] 喻磊,郭晓斌,韩博文,雷金勇,田兵,白浩,李海锋,王钢.小电阻接地系统 馈线自适应零序电流保护原理及装置实现[J].电力自动化设 备,2017,37(11):125-131+137.[6] 薛永端,刘珊,王艳松,徐丙垠.基于零序电压比率制动的小电阻接地系统 。