6～10kV（短路接地線(xiàn)）電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地的單相接地保護(hù)
2010-05-05
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1 當(dāng)前6～10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展趨勢(shì)
6～10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式目前有一種傾向于電阻接地的趨勢(shì)，有以下主要論點(diǎn)。
a. 6～10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)往常采用不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，在大城市以電纜為主的6～10 kV配電網(wǎng)、大中型工礦企業(yè)配電網(wǎng)、中小型發(fā)電機(jī)電壓直配電網(wǎng)等電網(wǎng)中，已暴露出許多弊端。如內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)高達(dá)3.5～4倍相電壓，特別是間歇性電弧接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓，迫使提高電網(wǎng)總體絕緣水平；而對(duì)于有大量高壓電動(dòng)機(jī)的工礦企業(yè)和火力發(fā)電廠(chǎng)，絕緣配合是困難的。
b. 規(guī)程規(guī)定單相接地故障時(shí)，在升高的穩(wěn)態(tài)電壓下運(yùn)行達(dá)2 h，不僅會(huì)導(dǎo)致絕緣早期老化，或在絕緣薄弱處發(fā)生閃絡(luò)，而且會(huì)誘發(fā)多點(diǎn)故障，釀成斷路器異相開(kāi)斷，惡化斷路器開(kāi)斷條件。
c. 配電網(wǎng)電容電流越來(lái)越大（有的地區(qū)達(dá)100～150 A），因此消弧線(xiàn)圈及接地變壓器的容量必將增大很多，況且運(yùn)行中電容電流隨機(jī)性變化范圍很大，給消弧線(xiàn)圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償帶來(lái)*困難。
d. 電力電纜為非自恢復(fù)絕緣，發(fā)生單相接地必為*故障，不允許繼續(xù)運(yùn)行，必須迅速切除單相接地故障，因此消弧線(xiàn)圈就不能充分發(fā)揮作用。
e. 人身觸電不立即跳閘，難以保障人身安全。
f. 對(duì)于主要由電纜線(xiàn)路組成的電網(wǎng)，電容電流超過(guò)10 A時(shí)，宜采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，單相接地故障取立即跳閘方式。由于立即跳閘影響供電連續(xù)性，可從提高線(xiàn)路或設(shè)備的冗余度來(lái)解決。
g. 中性點(diǎn)宜采用中電阻（10～120 Ω）接地方式，保證IR=（1～1.5）IC，以限制內(nèi)過(guò)電壓不超過(guò)2.6倍相電壓，同時(shí)使保護(hù)具有靈敏度和選擇性。
我國(guó)上海、廣州、珠海等城市配網(wǎng)中性點(diǎn)已在試行電阻接地方式（采用10 Ω以下低電阻）。南京地區(qū)已在多個(gè)110 kV變電所及220 kV下關(guān)變電所10 kV系統(tǒng)試行中電阻接地方式。10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)采用電阻接地方式可能是一種發(fā)展趨勢(shì)。本文試圖探討一下此種接地方式在單相接地故障時(shí)繼電保護(hù)的配置。為此首先對(duì)單相接地故障進(jìn)行必要的矢量分析，并以圖1線(xiàn)路Ⅲ C相經(jīng)過(guò)渡電阻RG的單相接地進(jìn)行分析。
2 線(xiàn)路分析
電力系統(tǒng)接地電流的大小決定于系統(tǒng)中性點(diǎn)接地裝置的阻抗、電網(wǎng)的對(duì)地電容及故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻。在正常情況下，各相對(duì)地電容電流與負(fù)荷電流在各相之間形成通路（三相對(duì)稱(chēng)），在單相接地故障時(shí)，電容電流將通過(guò)接地點(diǎn)。
當(dāng)圖1中線(xiàn)路Ⅲ經(jīng)過(guò)渡電阻RG接地時(shí)，非故障線(xiàn)路Ⅰ，Ⅱ及故障線(xiàn)路Ⅲ的各相對(duì)地電容電流經(jīng)過(guò)渡電阻RG流到線(xiàn)路Ⅲ的C相，當(dāng)過(guò)渡電阻RG=0時(shí)（金屬性接地C相電容被短接），沒(méi)有電流流過(guò)C相對(duì)地電容。在下面的討論中僅考慮RG為常數(shù)的單相接地情況。
故障點(diǎn)的總電流IG可根據(jù)等效發(fā)電機(jī)原理（赫爾姆霍斯-戴維南定理）來(lái)確定。從RG兩端看過(guò)去，等效阻抗（不計(jì)接地變阻抗）為 由式（3）可知當(dāng)RG=0時(shí)（即金屬性接地），U0=-UC,與系統(tǒng)對(duì)地電容C及中性點(diǎn)電阻R0無(wú)關(guān)；當(dāng)RG≠0時(shí)，U0的大小、相位將受制于RG，C，R0。
當(dāng)R0確定后，U0的大小、相位將隨系統(tǒng)對(duì)地電容C及故障點(diǎn)過(guò)渡電阻RG的變化而變化。但I(xiàn)C超前U0 90°，IR0與U0同相的關(guān)系始終不變。
系統(tǒng)單相接地時(shí)（不論是金屬性接地或經(jīng)過(guò)渡電阻RG接地），系統(tǒng)線(xiàn)間電壓維持不變，而各相對(duì)地電壓為（見(jiàn)圖2）：
U′A=UA+U0=UA-（-U0）
U′B=UB+U0=UB-（-U0）
U′C=UC+U0=UC-（-U0）其中，a為運(yùn)算子，下同。
A相對(duì)地總電容電流為IC（A），且超前U′A 90° B相對(duì)地總電容電流為IC（B），且超前U′A 90°由式（11）、（12）可知C相接地后，C相對(duì)地電壓U′C既是UC與-U0的向量差，又等于故障點(diǎn)電流在過(guò)渡電阻上壓降的負(fù)值。由此可得-U0的末端始終落在以U0為直徑的半圓內(nèi)，-U0落后UC的角度為0°～90°。
前述故障點(diǎn)的總電流IG及其分量IC（容性），IR0（阻性）與各饋出線(xiàn)的零序電流不屬同一概念。單相接地時(shí)，健全線(xiàn)路的零序電流為
線(xiàn)路Ⅰ I0（Ⅰ）=IC（Ⅰ）=U0.3jωC（Ⅰ） 。13）
線(xiàn)路Ⅱ I0（Ⅱ）=IC（Ⅱ）=U0.3jωC（Ⅱ） 。14）
從式（13）、（14）可知，健全線(xiàn)路仍有零序電流，但數(shù)字較小，且超前U0 90°，呈容性（見(jiàn)圖3）。
圖3 線(xiàn)路Ⅰ，Ⅱ的零序電流、電壓向量圖
IG前取負(fù)號(hào)是考慮到與母線(xiàn)流向線(xiàn)路的習(xí)慣正方向相反。
從式（15）知，故障線(xiàn)路零序電流含阻性電流U0/R0分量，這就為單相接地選線(xiàn)提供了明白無(wú)誤的判據(jù)？梢詼(zhǔn)確無(wú)誤判別故障線(xiàn)路（見(jiàn)圖4）。
圖4 發(fā)生單相接地線(xiàn)路Ⅲ的零序電流、電壓向量圖
由于電壓互感器開(kāi)口三角通常是按照-3U0接線(xiàn)，對(duì)于故障線(xiàn)路可檢測(cè)到零序功率中的有功分量P0=|-U0I0Ⅲcos3|。對(duì)于非故障線(xiàn)路不僅零序功率數(shù)值較小，且不含有功分量，對(duì)-U0而言呈感性。
從圖2、圖4中可知3總是小于2，當(dāng)中性點(diǎn)電阻R0的取值使得IR0=IC時(shí)，2=45°；當(dāng)IR0>IC時(shí)，0°<2<45°；當(dāng)IR0=1.5IC時(shí)，2≈37°。根據(jù)上述分析，可設(shè)定一個(gè)恰當(dāng)?shù)挠泄β世^電器zui靈敏角。所以6～10 kV中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí)，采用零序電流啟動(dòng)的零序功率方向保護(hù)，并取跳閘方式為較好的保護(hù)方式，并輔以三相一次重合閘。
單相接地時(shí)，零序功率繼電器檢測(cè)到的P0愈大，繼電器愈靈敏，也即是IR0愈大愈好。但I(xiàn)R0的選擇（中性點(diǎn)接地電阻R0的選擇）受諸多因素的制約，R0的取值請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn)。■
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