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

一、 前 言

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

我國110kV電壓等級的電網(wǎng)一般都采用中性點直接接地方式，在發(fā)生單相接地故障時，故障電流很大，繼電保護裝置能迅速斷開故障線路，系統(tǒng)設(shè)備承受過電壓的時間很短，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。

6~35kV配電網(wǎng)一般都采用中性點不接地方式，它是指采用中性點不接地、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，由于線電壓的大小和相位不變(仍對稱)，且系統(tǒng)絕緣又是按線電壓設(shè)計的，所以允許短時運行而不切斷故障設(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，可以采用中性點經(jīng)電阻接地方式，其對降低系統(tǒng)過電壓水平、抑制諧振過電壓、提高系統(tǒng)運行可靠性具有良好的效果。

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

二、中性點不接地和經(jīng)電阻接地方式的比較

(一) 中性點不接地方式

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)瞬時性單相接地故障占故障總數(shù)的60%～70%，瞬時性單相接地故障時不需要馬上跳閘，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2、中性點不接地系統(tǒng)的特點：

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

2) 單相接地時不破壞系統(tǒng)對稱性，可以帶故障運行一段時間，以便查找故障線路。

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

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

5) 系統(tǒng)發(fā)生諧振過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) 簡單、經(jīng)濟。

(二) 中性點經(jīng)電阻接地方式

中性點經(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、中性點經(jīng)高電阻接地方式：

中性點經(jīng)高阻接地方式適用于對地電容電流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，單相接地故障電流Ijd<10A，中性點接地電阻值一般為數(shù)百歐姆至上千歐姆。中性點經(jīng)高阻接地可以消除大部分諧振過電壓，對單相間歇弧光接地過電壓具有一定的限制作用。

2、中性點經(jīng)中電阻和小電阻接地方式：

中電阻和小電阻之間沒有統(tǒng)一的界限，一般認為單相接地故障時通過中性點電阻的電流10A100A時為小電阻接地方式。中性點經(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、中性點經(jīng)小電阻接地方式的優(yōu)點：

1) 自動清除故障，運行維護方便。

2) 可快速切斷接地故障點，過電壓水平低，能消除諧振過電壓，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，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備可靠性。

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

5) 可降低火災(zāi)事故的概率。

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

7) 能消除弧光接地過電壓中的5次諧波，避免事故擴大為相間短路。

4、以電纜線路為主的風(fēng)電場配電網(wǎng)的特點：

1) 單位長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、樹木、大風(fēng)等)影響小，瞬時接地故障很少，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，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時跳閘，很容易造成相間短路，擴大事故。

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，由于查找故障點時間較長，電纜長時間承受工頻或暫態(tài)過電壓作用，易發(fā)展成相間故障，造成一線或多線跳閘。相關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果表明，有30%單相接地故障在查找故障點過程中，引起跳閘或閃絡(luò)。

5) 接地故障時要求繼電保護及時動作跳開故障線路。

鑒于電纜線路的以上特性，綜合考慮本風(fēng)電場的9條35kV全電纜(少量架空)線路，電纜長，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、中性點接地電阻阻值的選擇

(一)、中性點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電壓的倍數(shù)、繼電保護的靈敏度、對通訊線路的干擾、接觸電壓及跨步電壓等因素，按綜合效果最佳的原則進選擇。

小電阻接地方式電阻值的選擇：IR=Uph/Rn

Rn—中性點電阻;

Uph—額定相電壓;

IR—電網(wǎng)單相接地故障是流過Rn的電流;

Ic—電網(wǎng)電容電流;

K= IR/ Ic

1、按限制弧光接地過電壓的要求選擇

中性點接地電阻限制弧光接地過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，故障點電弧從熄滅到重燃的時間一般為半個周期，在這半個周期內(nèi)，非故障相對地電容中的電荷將通過中性點接地電阻Rn向大地泄放，電荷泄放的規(guī)律為Q0e-t/式中，τ為電荷泄放時間常數(shù)，其值為：τ=Rn×3C0，Rn為中性點電阻，Q0為電網(wǎng)每相對地電容中儲存的電荷。電荷泄放的速度與K值有關(guān)，隨著K值增加弧光過電壓相應(yīng)降低。但是弧光過電壓倍數(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，降低弧光過電壓的效果就不明顯了。大量的試驗和計算表明，當(dāng)IR= Ic時，在半個周期內(nèi)可將電網(wǎng)對地電容的電荷泄放到只有0.043 Q0，這時可將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在2.5倍以內(nèi)。當(dāng)IR= 4Ic時，可將間歇性弧光過電壓倍數(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電壓的要求。

2、按保證繼電保護靈敏度的要求選擇

中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)是通過各條線路的零序保護來判斷故障線路的，當(dāng)某條線路發(fā)生單相接地故障時，該線路的零序保護動作，跳開本線路的斷路器，使故障點與電源隔離。所以，在選擇中性點接地電阻Rn時，要保證每條線路的零序保護都有足夠的靈敏系數(shù)。

在中性點經(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，流過故障線路的零序故障電流Ijd= IR2+ICΣ2，流過非故障線路的零序電流為線路本身的電容電流IC。L，Ijd遠遠大于IC。L，線路的零序保護是按躲過本線路的對地電容電流進行整定的，單相接地時，故障電流遠遠大于整定植，保護靈敏度是完全可以保證的。

3、從對人身安全方面考慮

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

中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，由于保護能正確動作跳閘，在短時間內(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間內(nèi)脫離電源，大大減小對觸電人員的傷害程度。另一方面，由于保護動作跳閘的時間很短，人員在保護動作的時限內(nèi)接觸故障點的概率是非常小的。也就大大的減少了單相接地故障時造成人身傷害事故機會。電纜線路在發(fā)生單相接地時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，一般不會造成危險的跨步電壓和接觸電壓。

4、從減小故障點接地短路電流考慮

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

綜上所述，中性點接地電阻阻值的選擇是一個綜合性的技術(shù)經(jīng)濟問題，根據(jù)各個配電網(wǎng)的具體條件、特點全面分析比較，選擇最佳方案。

(二)、中性點接地電阻器的選擇

1、中性點接地電阻柜的選擇：

在中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，要求中性點接地電阻具有更高的可靠性。如果中性點電阻由于質(zhì)量或其他原因發(fā)生故障，將使系統(tǒng)處于中性點不接地方式運行。這時如發(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，故障電流將遠小于帶電阻接地時的數(shù)值，零序保護可能拒動;由于系統(tǒng)單相接地電容電流較遠大于10A，往往會引起波及整個系統(tǒng)的、幅值很高的間歇性弧光接地過電壓及諧振過電壓，有時還會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)的安全運行。

在選擇中性點接地電阻柜時，應(yīng)保證在以下幾個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) 機械性能：具有高強度、高韌性;再高溫下能保持較高的機械強度，在溫度驟升、驟降運行條件下，機械性能保持穩(wěn)定，不脆化。

3) 溫度特性：熔點高，能承受較高的運行溫度。

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

2、以某風(fēng)電場中性點接地電阻為例，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) 電阻器標稱電壓UR=Ue/(kV)

3) 接線方式：

4) 短時允許通流IR(A)=400

5) 電阻器標稱電阻Rn(Ω)=50.5

6) 短時通流時間t(s)=10

經(jīng)過近3年的運行實踐證明，風(fēng)電場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)備的安全運行。

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

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

1. 主變壓器

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

2. 線路

線路除配置反映線路相間故障的電流速斷和過電流保護外，還應(yīng)配置反映系統(tǒng)單相接地故障的零序過電流保護。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、過電流保護，作為本單元發(fā)生相間故障時的保護;反映零序電流的零序電流互感器一只，構(gòu)成線路的零序過流保護，作為本單元發(fā)生單相接地故障時的保護，上述保護動作均作用本單元斷路器跳閘。一般線路保護采用零序三段式保護。

3. 接地變壓器

因為系統(tǒng)主變壓器都使用Yd的接線，所以35kV系統(tǒng)無中性點引出，接地變接入系統(tǒng)的作用就是為中性點不接地系統(tǒng)，引出一個中性點。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、過電流保護，作為接地變發(fā)生相間故障時的保護，上述保護動作于接地變跳閘;反映零序電流的零序電流互感器一只，構(gòu)成接地變的零序過流保護，作為主變低壓側(cè)、接地變和母線單相接地故障的主保護和線路單相接地的后備保護。上述保護動作第一時限動作于35kV分段，以縮小故障范圍;第二時限動作于接地變和主變低壓側(cè)斷路器跳閘，同時閉鎖35kV分段備自投。

接地變的零序過流保護可同時動作與接地變和主變低壓側(cè)斷路器，也可單獨動作與接地變斷路器而不跳開主變低壓側(cè)斷路器。該動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到140A以上，在接地變跳開系統(tǒng)失去接地點后，系統(tǒng)不允許不接地運行，所以必須同時跳開主變低壓側(cè)斷路器。如果母線的電容電流經(jīng)過實測相加70A,可在接地變跳開后繼續(xù)不接地運行，所以接地變的零序過流保護只跳開接地變斷路器，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)保護的合理配置，零序保護的可靠動作及相關(guān)保護的配合(包括接地變速斷與零序電流、接地變過流與零序電流)以及合理的保護動作行為是小電阻接地系統(tǒng)安全可靠運行的基礎(chǔ)。合理的保護配置和正確的保護整定既能快速切除故障線路，縮短故障排查時間，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，對保證電力系統(tǒng)安全運行、可靠供電有著重要意義。

五、中性點經(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)中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，一般出現(xiàn)下列跡象：

(1) 語音響，監(jiān)控后臺有相應(yīng)線路保護動作和開關(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，此時為穩(wěn)定性接地。如果絕緣監(jiān)察電壓表指針不停地來回擺動，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)生過電壓時，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，甚至嚴重?zé)龎碾妷夯ジ衅鳌?/p>

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

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

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

六、結(jié)論

電力系統(tǒng)的中性點接地方式是一個綜合性的技術(shù)問題，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、絕緣水平、過電壓保護、繼電保護、通信干擾(電磁環(huán)境)及接地裝置等問題有密切的關(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、可靠運行。同時，還要提高設(shè)備檢修人員的技術(shù)水平，積極改善設(shè)備的運行條件，加強設(shè)備的檢修、維護、技術(shù)管理，提高設(shè)備的絕緣水平。