許武松

（四川省機場集團有限公司）

0 引言

我國電力用戶配電網(wǎng)大多采用中性點非有效接地運行方式，對于電力電纜較多的用戶主要采用中性點經(jīng)消弧線圈的接地運行方式，本文主要針對該類系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的單相接地保護配置方案進行探討。

運行故障數(shù)據(jù)表明，在用戶配電網(wǎng)中單相接地故障占比較高，即使是電纜占比較多的配電網(wǎng)絡(luò)，很多兩相接地、三相短路等故障也是由單相接地故障發(fā)展而來。對于電纜單相接地故障，一般都為永久性接地故障，一旦發(fā)生單相接地，不可能自行恢復(fù)正常運行。電纜金屬性單相接地時，系統(tǒng)中非故障相對地電壓會升高約3倍，如果發(fā)生間歇性弧光接地，還可能產(chǎn)生幅值更高的過電壓，對系統(tǒng)絕緣構(gòu)成嚴重威脅，可能導(dǎo)致系統(tǒng)中部分絕緣薄弱點容易發(fā)生絕緣擊穿，進一步發(fā)展成相間短路故障、多點接地等故障，引起系統(tǒng)電壓暫降及電壓波動，部分敏感低壓設(shè)備可能會停電，停電范圍及影響范圍可能會進一步擴大，影響用戶現(xiàn)場生產(chǎn)及相關(guān)業(yè)務(wù)工作，帶來額外的損失，嚴重破壞系統(tǒng)安全運行，降低了供電可靠性。因此，當發(fā)生配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障以后，務(wù)必要盡快明確接地故障線路并快速切除，防止故障進一步發(fā)展造成不良后果。

1 單相接地故障分析［1］

對于中性點不接地的配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時有以下特點：接在同一電源上的全系統(tǒng)都會出現(xiàn)零序電壓，接地線路與非接地線路都有零序電壓，無法進行區(qū)分；非接地線路的零序電流為本線路自身對地電容電流，容性無功功率方向由母線流向線路；接地線路的零序電流由全網(wǎng)絡(luò)非接地設(shè)備對地電容電流之和，容性無功方向由線路流向母線。

對于中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時有以下特點：一般采用過補償運行，接地流過的是感性電流，接地線路與非接地線路容性無功方向均由母線流向線路；其余特點基本與不接地系統(tǒng)基本相同。

2 現(xiàn)行接地保護方案分析［1］

很多用戶配置了自動跟蹤補償消弧線圈及小電流接地選線系統(tǒng)，但是該方案選線準確率還有待提高，主要存在以下問題：

由于非有效接地系統(tǒng)中，單相接地故障時故障電流比較小，消弧線圈對接地故障電流進行補償后，接地點流過的故障電流可能變得更小，當配電電力電纜線路較長時，甚至可能小于非接地故障線路的零序電容電流，使得選線不一定準確。

單相接地故障原因可能是外力破壞導(dǎo)致的短時接地或長時接地、雷雨天氣擊穿部分設(shè)備絕緣、電纜頭絕緣老化等，有的相當于金屬性直接接地，有的相當于高阻或低阻接地，有的相當于間歇性或持續(xù)性電弧接地。這些現(xiàn)象可能導(dǎo)致故障電流不夠穩(wěn)定，不利于現(xiàn)有選線系統(tǒng)及時選出接地故障線路，影響了選線準確率。

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，一般都采用過補償?shù)倪\行方式，使得接地線路和非接地線路零序無功功率方向相同，也給選線系統(tǒng)造成一定困難，選線時可能出現(xiàn)錯誤。

很多用戶變配電站點級數(shù)較多、較分散，只有總變電站配置選線系統(tǒng)，部分下級站點并未配置接地選線系統(tǒng)，這就導(dǎo)致主變電站選出某一故障線路后，值班人員并不能確定是該線路本身接地，還是該線路所帶的下級分支線路接地，還是需要值班人員采取傳統(tǒng)拉合方式逐一排查下級線路，造成故障排除時間較長，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定威脅較大。

3 現(xiàn)行接地保護方案改進

當配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行時，自動跟蹤補償消弧線圈系統(tǒng)幾乎不投入，消弧線圈對地阻抗比較大，此時系統(tǒng)相當于中性點不接地系統(tǒng)。當系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，消弧線圈才根據(jù)系統(tǒng)需要調(diào)整消弧線圈阻抗，進行自動補償。從接地故障剛開始至消弧線圈系統(tǒng)進行補償?shù)臅r間段內(nèi)，系統(tǒng)相當于中性點不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時的運行狀態(tài)。由前面分析可知，此時系統(tǒng)中的故障線路與非故障線路的故障電氣量是比較明顯的，特別是對于電力電纜較多的配電網(wǎng)絡(luò)故障線路與非故障線路零序電流差別應(yīng)該更加顯著，可以利用這一較短時間窗口出現(xiàn)的故障特征，快速判斷故障線路。

現(xiàn)有用戶配電網(wǎng)系統(tǒng)，大多數(shù)是由電力電纜構(gòu)成，而且規(guī)模越來越大，全系統(tǒng)多達幾十甚至上百公里電纜。當系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，在消弧系統(tǒng)自動補償之前，接地故障電流是比較大的，接地線路與非接地線路的零序電流差別應(yīng)該比較明顯，可以考慮利用這一特點，區(qū)分接地與非接地線路。現(xiàn)有用戶配電系統(tǒng)中，大多采用微機保護裝置，本身就配置有零序過流保護功能，配電開關(guān)柜一般也帶有零序電流互感器。即使開關(guān)柜中沒有零序互感器，也可以進行改造增加，費用也不是很高。

整體改進方案如下：啟用微機保護裝置零序過流保護功能，配合原有小電流接地選線系統(tǒng)進行單相接地故障排查。為了減小保護誤動作概率，零序電流保護整定值應(yīng)考慮躲過本系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，非接地線路中零序電容電流的最大值。因為從單相接地故障開始到補償啟動之間時間非常短，保護動作時間考慮設(shè)置為零秒，確保能及時檢測到故障電流。由于在中性點非有效接地系統(tǒng)中，接地故障電流跟系統(tǒng)規(guī)模大小、補償設(shè)備性能、接地故障點狀態(tài)等諸多因素有關(guān)，考慮退出零序過流保護跳閘出口，發(fā)生故障時只告警不跳閘。值班人員可以結(jié)合小電流選線系統(tǒng)選線情況、零序過流保護動作情況、線路運行情況、歷史故障情況、周邊施工情況等進行綜合判斷，提高接地選線準確率，及時排查出故障線路。

本單位部分線路采用本文的單相接地保護配置方式以后，每次發(fā)生單相接地故障時零序過流保護都能夠發(fā)出告警信號，值班人員能比較快速地將具體的故障范圍進行隔離，縮短了單相接地運行時間，減輕了過電壓對電網(wǎng)的威脅，提高了電網(wǎng)供電安全性。

4 結(jié)束語

本文針對中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)系統(tǒng)接地保護方案進行了簡要探討，給出了一種改進方案。對于本文給出的接地保護改進方案要注意以下幾點：盡量縮短單相接地故障時間，及時排除故障，減小過電壓對系統(tǒng)的安全威脅；對自身配電網(wǎng)特點要仔細分析，是否適合通過零序過流保護來進行判斷，如果系統(tǒng)規(guī)模較小，電纜較少的系統(tǒng)是不適合的，因為接地線路與非接地線路零序電流差別不是特別大；計算零序過流繼電保護整定值時，要核算清楚配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中某回線路最大的電容電流值，降低繼電保護誤動作概率；必須退出零序過流保護跳閘出口壓板，避免零序過流保護誤跳非接地線路造成非計劃非故障的誤停電，如果現(xiàn)場繼電保護裝置與其他主保護共用一個跳閘出口，不能單獨退出零序過流保護跳閘出口，就不應(yīng)使用該保護；要與本單位消弧系統(tǒng)廠家進行技術(shù)交流，確認現(xiàn)場消弧系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，以及過渡時間等，確保不會影響消弧系統(tǒng)正常運行，確保不影響原有系統(tǒng)選線的正確率；零序過流保護告警結(jié)果只是作為排查接地線路判斷的參考依據(jù)之一，不能作為唯一依據(jù)，具體還要結(jié)合小電流接地選線系統(tǒng)，線路實際運行情況等進行綜合判斷；正式使用前，應(yīng)嚴格進行繼電保護定值校驗，確保保護正確動作，而且要只告警不跳閘，確保符合相關(guān)標準規(guī)范，符合本系統(tǒng)的運行要求，防止誤跳正常線路，值班人員要根據(jù)報警信息及選線結(jié)果快速做出判斷，及時進行故障處置，嚴防配電網(wǎng)長時間接地運行。