闡述了小電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)，繼電保護(hù)的配置，并對(duì)其故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷、處理。

一、 前 言

三相交流電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)與大地之間電氣連接的方式，稱為電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，一般分為中性點(diǎn)直接接地、不接地、經(jīng)消弧線圈或電阻接地等方式。

我國(guó)110kV電壓等級(jí)的電網(wǎng)一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流很大，繼電保護(hù)裝置能迅速斷開(kāi)故障線路，系統(tǒng)設(shè)備承受過(guò)電壓的時(shí)間很短，可以使電網(wǎng)中設(shè)備的絕緣水平降低，從而降低電網(wǎng)的造價(jià)。

6~35kV配電網(wǎng)一般都采用中性點(diǎn)不接地方式，它是指采用中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈或電阻接地的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，如發(fā)生單相接地時(shí)，由于線電壓的大小和相位不變(仍對(duì)稱)，且系統(tǒng)絕緣又是按線電壓設(shè)計(jì)的，所以允許短時(shí)運(yùn)行而不切斷故障設(shè)備，從而提高了供電可靠性。

由電纜線路構(gòu)成的配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大，因單相接地過(guò)電壓燒壞設(shè)備的事故概率大大增加，為了解決這一矛盾，可以采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，其對(duì)降低系統(tǒng)過(guò)電壓水平、抑制諧振過(guò)電壓、提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性具有良好的效果。

本風(fēng)電場(chǎng)的35kV線路采用全電纜及電纜和架空混合兩種方式，電纜較長(zhǎng)，電容電流大，因此35kV系統(tǒng)采用小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行方式。

二、中性點(diǎn)不接地和經(jīng)電阻接地方式的比較

(一) 中性點(diǎn)不接地方式

1、適用范圍

適用于單相接地故障電容電流Ic<10A、以架空線路為主的配電網(wǎng)。此類型電網(wǎng)瞬時(shí)性單相接地故障占故障總數(shù)的60%～70%，瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)不需要馬上跳閘，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1) 單相接地故障電流小于10A，故障點(diǎn)電弧可以自熄，熄弧后故障點(diǎn)絕緣可以自行恢復(fù)。

2) 單相接地時(shí)不破壞系統(tǒng)對(duì)稱性，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，以便查找故障線路。

3) 單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地工頻電壓升高倍，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，各種設(shè)備的絕緣要按線電壓的要求來(lái)設(shè)計(jì)。

4) 當(dāng)Ic>10A時(shí)，可能產(chǎn)生過(guò)電壓倍數(shù)相當(dāng)高的間歇性電弧接地過(guò)電壓，這種過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)電壓遍及全網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)內(nèi)絕緣較差的設(shè)備、有絕緣弱點(diǎn)的設(shè)備、絕緣強(qiáng)度較低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)等都存在較大的威脅，在一定程度上影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因間歇電弧過(guò)電壓引起的不同相的兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地、燒毀主設(shè)備、造成嚴(yán)重停電的事故有多次發(fā)生。

5) 系統(tǒng)發(fā)生諧振過(guò)電壓引起電壓互感器熔斷器熔斷、燒毀PT、甚至燒毀主設(shè)備的事故常有發(fā)生。

6) 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。

(二) 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式可分為三種：經(jīng)高阻接地、經(jīng)中電阻接地和經(jīng)小電阻接地。

1、中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式：

中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式適用于對(duì)地電容電流Ic<10A的配電網(wǎng)，單相接地電流大于允許值的大型發(fā)電機(jī)，單相接地故障電流Ijd<10A，中性點(diǎn)接地電阻值一般為數(shù)百歐姆至上千歐姆。中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地可以消除大部分諧振過(guò)電壓，對(duì)單相間歇弧光接地過(guò)電壓具有一定的限制作用。

2、中性點(diǎn)經(jīng)中電阻和小電阻接地方式：

中電阻和小電阻之間沒(méi)有統(tǒng)一的界限，一般認(rèn)為單相接地故障時(shí)通過(guò)中性點(diǎn)電阻的電流10A100A時(shí)為小電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)中電阻和小電阻接地方式適用于以電纜線路為主、瞬時(shí)性單相接地故障很少的、系統(tǒng)電容電流比較大的城市配網(wǎng)、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及大型工礦企業(yè)配電系統(tǒng)。

3、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式的優(yōu)點(diǎn)：

1) 自動(dòng)清除故障，運(yùn)行維護(hù)方便。

2) 可快速切斷接地故障點(diǎn)，過(guò)電壓水平低，能消除諧振過(guò)電壓，可采用絕緣水平較低的電纜和電氣設(shè)備。

3) 減少絕緣老化，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備可靠性。

4) 因接地電流高達(dá)幾百安以上，繼電保護(hù)有足夠的靈敏度和選取行，不存在選線上的問(wèn)題。

5) 可降低火災(zāi)事故的概率。

6) 可采用通流容量大、殘壓低的無(wú)間隙氧化鋅避雷器作為電網(wǎng)的過(guò)電壓保護(hù)。

7) 能消除弧光接地過(guò)電壓中的5次諧波，避免事故擴(kuò)大為相間短路。

4、以電纜線路為主的風(fēng)電場(chǎng)配電網(wǎng)的特點(diǎn)：

1) 單位長(zhǎng)度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大10幾倍，以電纜為主的配電網(wǎng)對(duì)地電容電流都比較大。

2) 電纜線路受外界環(huán)境條件(雷電、外力、樹(shù)木、大風(fēng)等)影響小，瞬時(shí)接地故障很少，接地故障一般都是永久性故障。

3) 電纜線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時(shí)跳閘，很容易造成相間短路，擴(kuò)大事故。

4) 電纜為弱絕緣設(shè)備。例如，35kV交聯(lián)聚乙稀電纜的三十分鐘工頻耐壓為65KV ，而一般35kV 配電設(shè)備的絕緣水平為85kV 。在消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于查找故障點(diǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，電纜長(zhǎng)時(shí)間承受工頻或暫態(tài)過(guò)電壓作用，易發(fā)展成相間故障，造成一線或多線跳閘。相關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，有30%單相接地故障在查找故障點(diǎn)過(guò)程中，引起跳閘或閃絡(luò)。

5) 接地故障時(shí)要求繼電保護(hù)及時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)故障線路。

鑒于電纜線路的以上特性，綜合考慮本風(fēng)電場(chǎng)的9條35kV全電纜(少量架空)線路，電纜長(zhǎng)，電容電流大的情況，35kV系統(tǒng)采用小電阻接地系統(tǒng)方式是必要的。

三、中性點(diǎn)接地電阻阻值的選擇

(一)、中性點(diǎn)電阻值的選擇必須根據(jù)電網(wǎng)的具體條件，主要考慮限制間隙弧光接地過(guò)電壓的倍數(shù)、繼電保護(hù)的靈敏度、對(duì)通訊線路的干擾、接觸電壓及跨步電壓等因素，按綜合效果最佳的原則進(jìn)選擇。

小電阻接地方式電阻值的選擇：IR=Uph/Rn

Rn—中性點(diǎn)電阻;

Uph—額定相電壓;

IR—電網(wǎng)單相接地故障是流過(guò)Rn的電流;

Ic—電網(wǎng)電容電流;

K= IR/ Ic

1、按限制弧光接地過(guò)電壓的要求選擇

中性點(diǎn)接地電阻限制弧光接地過(guò)電壓的原理是電阻的耗能作用，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電弧從熄滅到重燃的時(shí)間一般為半個(gè)周期，在這半個(gè)周期內(nèi)，非故障相對(duì)地電容中的電荷將通過(guò)中性點(diǎn)接地電阻Rn向大地泄放，電荷泄放的規(guī)律為Q0e-t/式中，τ為電荷泄放時(shí)間常數(shù)，其值為：τ=Rn×3C0，Rn為中性點(diǎn)電阻，Q0為電網(wǎng)每相對(duì)地電容中儲(chǔ)存的電荷。電荷泄放的速度與K值有關(guān)，隨著K值增加弧光過(guò)電壓相應(yīng)降低。但是弧光過(guò)電壓倍數(shù)的降低與K 值的關(guān)系并非直線關(guān)系，當(dāng)K值大于4后，再增加K值，降低弧光過(guò)電壓的效果就不明顯了。大量的試驗(yàn)和計(jì)算表明，當(dāng)IR= Ic時(shí)，在半個(gè)周期內(nèi)可將電網(wǎng)對(duì)地電容的電荷泄放到只有0.043 Q0，這時(shí)可將間歇性弧光過(guò)電壓倍數(shù)限制在2.5倍以內(nèi)。當(dāng)IR= 4Ic時(shí)，可將間歇性弧光過(guò)電壓倍數(shù)限制在2倍以內(nèi)，一般選取IR= (1~4)Ic即可滿足限制間歇性弧光過(guò)電壓的要求。

2、按保證繼電保護(hù)靈敏度的要求選擇

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)是通過(guò)各條線路的零序保護(hù)來(lái)判斷故障線路的，當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，該線路的零序保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)本線路的斷路器，使故障點(diǎn)與電源隔離。所以，在選擇中性點(diǎn)接地電阻Rn時(shí)，要保證每條線路的零序保護(hù)都有足夠的靈敏系數(shù)。

在中性點(diǎn)經(jīng)小電電阻或電阻接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，流過(guò)故障線路的零序故障電流Ijd= IR2+ICΣ2，流過(guò)非故障線路的零序電流為線路本身的電容電流IC。L，Ijd遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IC。L，線路的零序保護(hù)是按躲過(guò)本線路的對(duì)地電容電流進(jìn)行整定的，單相接地時(shí)，故障電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整定植，保護(hù)靈敏度是完全可以保證的。

3、從對(duì)人身安全方面考慮

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的接地短路電流比較大，引起故障點(diǎn)地電位升高，故障點(diǎn)的跨步電壓、接觸電壓可能會(huì)超過(guò)允許值。如果此時(shí)人員接近故障點(diǎn)或者是接觸故障電器有可能會(huì)造成人員傷亡。所以從降低故障點(diǎn)的跨步電壓和接觸電壓角度考慮，IR值越小越好，即中性點(diǎn)接地電阻阻值越大越越好。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于保護(hù)能正確動(dòng)作跳閘，在短時(shí)間內(nèi)使接地故障線路失去電源，一方面可使觸電人員在很短的時(shí)間內(nèi)脫離電源，大大減小對(duì)觸電人員的傷害程度。另一方面，由于保護(hù)動(dòng)作跳閘的時(shí)間很短，人員在保護(hù)動(dòng)作的時(shí)限內(nèi)接觸故障點(diǎn)的概率是非常小的。也就大大的減少了單相接地故障時(shí)造成人身傷害事故機(jī)會(huì)。電纜線路在發(fā)生單相接地時(shí)由于外皮的分流作用，入地電流僅有一小部分，所以引起的地電位升高也比較小，一般不會(huì)造成危險(xiǎn)的跨步電壓和接觸電壓。

4、從減小故障點(diǎn)接地短路電流考慮

故障點(diǎn)的單相接地短路電流越大，故障時(shí)對(duì)故障設(shè)備的損害越大，從減小單相接地故障電流對(duì)故障設(shè)備的損害程度考慮，中性點(diǎn)接地電阻的阻值越大越好。

綜上所述，中性點(diǎn)接地電阻阻值的選擇是一個(gè)綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，根據(jù)各個(gè)配電網(wǎng)的具體條件、特點(diǎn)全面分析比較，選擇最佳方案。

(二)、中性點(diǎn)接地電阻器的選擇

1、中性點(diǎn)接地電阻柜的選擇：

在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，要求中性點(diǎn)接地電阻具有更高的可靠性。如果中性點(diǎn)電阻由于質(zhì)量或其他原因發(fā)生故障，將使系統(tǒng)處于中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行。這時(shí)如發(fā)生單相接地故障，流經(jīng)故障線路故障電流僅為系統(tǒng)的單相接地電容電流，故障電流將遠(yuǎn)小于帶電阻接地時(shí)的數(shù)值，零序保護(hù)可能拒動(dòng);由于系統(tǒng)單相接地電容電流較遠(yuǎn)大于10A，往往會(huì)引起波及整個(gè)系統(tǒng)的、幅值很高的間歇性弧光接地過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓，有時(shí)還會(huì)引起非故障相絕緣擊穿，造成重大的設(shè)備燒毀事故，危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

在選擇中性點(diǎn)接地電阻柜時(shí)，應(yīng)保證在以下幾個(gè)方面具有良好的性能：

1) 電氣性能：電阻材料的電阻率大;電阻溫度系數(shù)小，電阻值穩(wěn)定。

2) 機(jī)械性能：具有高強(qiáng)度、高韌性;再高溫下能保持較高的機(jī)械強(qiáng)度，在溫度驟升、驟降運(yùn)行條件下，機(jī)械性能保持穩(wěn)定，不脆化。

3) 溫度特性：熔點(diǎn)高，能承受較高的運(yùn)行溫度。

4) 通風(fēng)散熱：具有合理的冷卻通風(fēng)設(shè)計(jì)，保證電阻元件各部位均勻散熱，避免局部高溫爍熱點(diǎn)，在允許時(shí)間內(nèi)通過(guò)額定電流，柜內(nèi)電阻元件的最高溫升不超過(guò)允許值。

2、以某風(fēng)電場(chǎng)中性點(diǎn)接地電阻為例，其接地電阻的主要參數(shù)為：

1) 系統(tǒng)額定線電壓Ue(kV)=35 kV

2) 電阻器標(biāo)稱電壓UR=Ue/(kV)

3) 接線方式：

4) 短時(shí)允許通流IR(A)=400

5) 電阻器標(biāo)稱電阻Rn(Ω)=50.5

6) 短時(shí)通流時(shí)間t(s)=10

經(jīng)過(guò)近3年的運(yùn)行實(shí)踐證明，風(fēng)電場(chǎng)的接地變及其接地電阻的選型是合理的、科學(xué)的，能保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

四、中性點(diǎn)小電阻接地系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的保護(hù)配置

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的保護(hù)配置如下：

1. 主變壓器

由于主變低壓側(cè)為三角形接線，沒(méi)有形成零序電流流出的回路。所以其保護(hù)配置不受中性點(diǎn)接地方式影響，均配置差動(dòng)主保護(hù)、各側(cè)復(fù)壓過(guò)流保護(hù)。

2. 線路

線路除配置反映線路相間故障的電流速斷和過(guò)電流保護(hù)外，還應(yīng)配置反映系統(tǒng)單相接地故障的零序過(guò)電流保護(hù)。所有35kV線路和電容器單元均配有反映相電流的電流互感器三只，構(gòu)成線路的電流速斷、過(guò)電流保護(hù)，作為本單元發(fā)生相間故障時(shí)的保護(hù);反映零序電流的零序電流互感器一只，構(gòu)成線路的零序過(guò)流保護(hù)，作為本單元發(fā)生單相接地故障時(shí)的保護(hù)，上述保護(hù)動(dòng)作均作用本單元斷路器跳閘。一般線路保護(hù)采用零序三段式保護(hù)。

3. 接地變壓器

因?yàn)橄到y(tǒng)主變壓器都使用Yd的接線，所以35kV系統(tǒng)無(wú)中性點(diǎn)引出，接地變接入系統(tǒng)的作用就是為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，引出一個(gè)中性點(diǎn)。接地變配置反映相電流的電流互感器三只，構(gòu)成接地變的電流速斷、過(guò)電流保護(hù)，作為接地變發(fā)生相間故障時(shí)的保護(hù)，上述保護(hù)動(dòng)作于接地變跳閘;反映零序電流的零序電流互感器一只，構(gòu)成接地變的零序過(guò)流保護(hù)，作為主變低壓側(cè)、接地變和母線單相接地故障的主保護(hù)和線路單相接地的后備保護(hù)。上述保護(hù)動(dòng)作第一時(shí)限動(dòng)作于35kV分段，以縮小故障范圍;第二時(shí)限動(dòng)作于接地變和主變低壓側(cè)斷路器跳閘，同時(shí)閉鎖35kV分段備自投。

接地變的零序過(guò)流保護(hù)可同時(shí)動(dòng)作與接地變和主變低壓側(cè)斷路器，也可單獨(dú)動(dòng)作與接地變斷路器而不跳開(kāi)主變低壓側(cè)斷路器。該動(dòng)作行為視所在變電站35kV系統(tǒng)電容電流大小而定，如果母線的電容電流相加達(dá)到140A以上，在接地變跳開(kāi)系統(tǒng)失去接地點(diǎn)后，系統(tǒng)不允許不接地運(yùn)行，所以必須同時(shí)跳開(kāi)主變低壓側(cè)斷路器。如果母線的電容電流經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)相加70A,可在接地變跳開(kāi)后繼續(xù)不接地運(yùn)行，所以接地變的零序過(guò)流保護(hù)只跳開(kāi)接地變斷路器，不去跳主變的低壓側(cè)斷路器，提高了供電可靠性。

經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)保護(hù)的合理配置，零序保護(hù)的可靠動(dòng)作及相關(guān)保護(hù)的配合(包括接地變速斷與零序電流、接地變過(guò)流與零序電流)以及合理的保護(hù)動(dòng)作行為是小電阻接地系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。合理的保護(hù)配置和正確的保護(hù)整定既能快速切除故障線路，縮短故障排查時(shí)間，提高35kV配網(wǎng)的供電可靠性，又能有效避免設(shè)備損壞及人身觸電事故，對(duì)保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、可靠供電有著重要意義。

五、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中單相接地故障的判斷與處理

下圖為接地變經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障圖

當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，一般出現(xiàn)下列跡象：

(1) 語(yǔ)音響，監(jiān)控后臺(tái)有相應(yīng)線路保護(hù)動(dòng)作和開(kāi)關(guān)變位告警。

(2) 絕緣監(jiān)察電壓表三相指示值不同，接地相電壓降低或等于零，其它兩相電壓升高，此時(shí)為穩(wěn)定性接地。如果絕緣監(jiān)察電壓表指針不停地來(lái)回?cái)[動(dòng)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象即為間歇性接地。

(3) 當(dāng)發(fā)生弧光接地產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，非故障相電壓很高，表針打到頭，常伴有電壓互感器高壓一次側(cè)熔體熔斷，甚至嚴(yán)重?zé)龎碾妷夯ジ衅鳌?/p>

(4) 當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓很低，金屬性接地時(shí)對(duì)地電壓降至零，其它兩相對(duì)地電壓略有升高。

(5) 在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地變的每相的相電流是流過(guò)中性點(diǎn)電流的1/3。如果中性點(diǎn)電流為600A，則相電流為600A/3=200A。

當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地接地系統(tǒng)發(fā)生上述跡象時(shí)，值班人員應(yīng)沉著冷靜，及時(shí)向上級(jí)調(diào)度和生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并將有關(guān)現(xiàn)象作好記錄，根據(jù)信號(hào)、表計(jì)指示、天氣、運(yùn)行方式等情況，判斷故障。值班人員應(yīng)迅速尋找接地點(diǎn)，并及時(shí)隔離。

六、結(jié)論

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、絕緣水平、過(guò)電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾(電磁環(huán)境)及接地裝置等問(wèn)題有密切的關(guān)系，接地方式的選擇最根本的要求是保證電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。同時(shí)，還要提高設(shè)備檢修人員的技術(shù)水平，積極改善設(shè)備的運(yùn)行條件，加強(qiáng)設(shè)備的檢修、維護(hù)、技術(shù)管理，提高設(shè)備的絕緣水平。