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
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喻磊;郭晓斌;韩博文;雷金勇;田兵;白浩;李海锋;王钢
【摘要】小电阻接地系统发生多回线同相复杂接地故障时,零序电流幅值相比于单回线接地故障将显著下降,容易导致馈线首端的零序电流保护拒动,进而造成母线接地变压器的零序电流保护越级误动,扩大停电范围.为此,对小电阻接地系统多回线复杂接地故障的故障机理进行分析,推导了多回线与单回线接地故障下馈线零序电流关系;在此基础上,提出了一种自适应馈线零序电流保护方案,即根据母线电压将多回线接地故障的零序电流实时补偿为单回线接地故障的零序电流值,从而确保了常规的保护动作值整定方式和保护配合能够适用于多回线复杂接地故障,并研发了相应的自适应零序保护装置.基于PSCAD/EMTDC和RTDS对保护原理及保护装置的测试结果表明,自适应零序电流保护在多回线复杂接地故障情况下仍具有较高的灵敏性,补偿精度不受过渡电阻、故障位置的影响.所提保护方案只需在原有零序电流保护方案基础上,增加母线电压信息,容易实现,具有经济性和较高的工程应用价值.%When in-phase grounding fault occurs in multi-circuit lines,the zero-sequence current would significantly decrease compared with that during single line grounding fault,which may cause zero-sequence current relay protection to function improperly and expand the fault
range.Therefore,the SPGF(Single Phase Grounding Fault) mechanism of multi-circuit lines in low resistance grounding system is analyzed,and the relationship between feeder zero-sequence current during both multi-circuit line and single-circuit line SPGF is deduced,based on which,a novel adaptive zero-sequence current protection scheme is proposed,i.e.the zero-sequence current during SPGF occurs in multi-circuit lines can be
compensated to zero-sequence current during single-circuit line SPGF according to the bus voltage in real time.The protection device based on the proposed scheme is developed.The proposed scheme and the protection device are verified via PSCAD/EMTDC and RTDS,the results show that the proposed scheme has high sensitivity during complex SPGF occurs in multi-circuit line,and the compensation accuracy is not affected by transition resistance and fault location.The proposed scheme can easily be implemented and has economic and high engineering application value since it only needs to add the bus voltage information on the basis of the existing zero-sequence current protection scheme.
【期刊名称】《电力自动化设备》
【年(卷),期】2017(037)011
【总页数】8页(P125-131,137)
【关键词】小电阻接地系统;零序电流;复杂接地故障;故障分析;自适应保护;继电保护;RTDS测试
【作者】喻磊;郭晓斌;韩博文;雷金勇;田兵;白浩;李海锋;王钢
【作者单位】南方电网科学研究院,广东广州510080;南方电网科学研究院,广东广州510080;华南理工大学电力学院,广东广州510641;南方电网科学研究院,广东广州510080;南方电网科学研究院,广东广州510080;南方电网科学研究院,广东广州510080;华南理工大学电力学院,广东广州510641;华南理工大学电力学院,广东广州510641
【正文语种】中文
【中图分类】TN77
0 引言
目前，在大中型城市配电网中，电缆线路所占比例越来越高，导致发生单相接地故障时的电容电流极大增加，容易产生弧光过电压，对设备绝缘性和供电可靠性均造成不利影响。为此，中性点经小电阻接地方式在我国城市配电网中得到了广泛的应用［1-4］。单相接地故障作为一种最常见的电网故障类型［5-6］，在小电阻接
地系统中主要依赖零序电流保护实现其检测和可靠动作隔离［7］。由于小电阻接地系统发生线路单相接地故障时，一般情况下接地（零序）电流较大，零序电流保护对于普通的单回线接地故障具有较高的选择性和灵敏性。
然而，随着城市配电网的不断发展，为了节约输电走廊，输电线路的同杆多回线技术得到了越来越多的应用。在这种情况下，配电网的故障种类变得非常复杂，由此所带来的对零序电流保护的影响不容忽视。其中，因雷击等因素所导致的多回线故障发生的概率也越来越高。而从对零序电流保护影响的角度考虑，多回线同相接地故障最为值得关注。这主要是因为发生多回线同相接地故障时，零序网络为零序电流提供了并联通道，导致流经各故障线路的零序电流相比于发生单回线接地故障时显著下降［8］，从而可能造成某些故障馈线的零序电流保护拒动，严重时会造成母线接地变压器的零序电流保护越级误动，使该母线上的所有负荷失电［9-10］。目前针对小电阻接地系统零序电流保护的研究主要还是集中在单回线接地故障方面：文献［7］针对单回线单相高阻接地故障提出了自适应调整电流整定值的方案；文献［11］针对混合接地方式提出了保护改进方案；文献［12］则对单相接地故障
时接地变压器的零序电流保护方案进行了改进。而对多回线接地故障的情况，已有
文献主要是根据现场运行和继电保护整定经验，提出降低馈线零序电流保护动作值的方法，以提高保护的灵敏性，同时为保证选择性，母线接地变压器的零序保护需要以延长保护的动作时间为代价［10，13-14］。这种解决方案尽管能够对常规零序电流保护在某些故障条件下起到改善的作用，但由于缺乏对多回线故障机理的理论分析，其通用性和适用性不强。因此，针对多回线复杂接地故障的特点，研究适用的继电保护解决方案具有重要的理论和工程价值。
为此，本文基于故障分析理论，对小电阻接地系统多回线同相复杂接地故障进行故障机理分析，并推导了多回线接地故障的馈线零序电流与单回线接地故障零序电流之间的定量关系；在此基础上，提出了一种改进的自适应零序电流保护，通过引入母线的电压信息，将多回线接地故障的零序电流补偿为单回线故障的零序电流值，从而确保了常规的保护动作值整定方式和保护配合能够适用于多回线复杂接地故障。
1 多回线复杂接地故障分析
1.1 多回线同相接地故障下的零序电流计算
当小电阻接地系统发生多回线异相接地故障时，故障相之间相当于对地短路，零序电流相比于发生单回线接地故障时显著升高，对零序电流保护基本没有影响［8］。因此，本节主要针对多回线同相接地故障进行故障分析。
图1为一个典型的城市10 kV小电阻接地配电网示意图。在城市配电网中，110 kV变电站的主变10kV低压侧一般采用三角形接线方式。因此，10kV母线需要
配置Z型接地变压器，以提供变压器中性点经小电阻 R0接地的途径［15］。
图1 10 kV小电阻接地系统Fig.1 10 kV low resistance grounding system
假设图1中配电网发生n回馈线同相单相接地故障（A相发生故障，全网以A相
为基准相），可以得到其故障各序等值网络，如图2所示。
图2 多回线接地故障序网络Fig.2 Sequence networks of SPGF occurring in multi-circuit lines
根据对称分量法，可知各故障馈线故障点处的电流、电压关系为［16］：
其中，i=1，2，…，n；Rfi为第 i回故障馈线的过渡电阻；下标（1）、（2）和（0）分别表示正序、负序和零序电气量。
从母线看进系统侧，可得母线电流、电压关系为：
其中，和分别为n回线同相单相接地故障时，第i回故障馈线的正序、负序和零序故障电流；UM，f（1）、UM，f（2）和 UM，f（0）分别为母线上正序、负序和零序故障相电压；Us和R0分别为系统电压和中性点接地电阻；Zs（1）为系统正序阻抗；ZT（1）、ZT（0）分别为主变压器的正序、零序阻抗。
从母线看进线路侧，可得母线电压与馈线电流的关系为：
其中，i=1，2，…，n。
根据对称分量法，可知故障相的母线电压和故障点电压表达式为：
联立式（1）—（4），可得：
其中，Zs∑=2（Zs（1）+ZT（1）） +ZT（0）+3R0 为系统侧的总阻抗，在系统运行方式确定的情况下为已知常数；Z∑.Li=2ZLi（1）+ZLi（0）+3Rfi 为第 i回馈线的总阻抗。
根据故障等值序网络可得到多回线故障情况下第i回馈线的零序电流：
其中表示除第 i回线路之外的其他所有故障线路总阻抗值的乘积。
以上是基于多回线A相接地故障下的馈线零序电流推导过程和结果。
1.2 多回线与单回线接地故障下馈线零序电流关系
由式（6）可知，在多回线同相接地故障下，故障馈线的零序电流将变得与原来该回线单独故障时的零序电流不同，从而必然会对现有的基于单回线故障特征的零序电流保护产生影响。为了进一步量化该影响，下文进一步分析发生多回线同相接地故障时的馈线零序电流与发生单回线接地故障时的零序电流之间的定量关系。
由式（6）可知，当系统发生单回线故障时，该故障线路的零序电流为：
联立式（5）—（7）可得：
由上式可得与的关系为：
2 新型自适应零序电流保护方案
对于常规的馈线零序电流保护，其动作值的整定与配合均是基于单回线接地故障的情况，即该保护对于单回线故障具有良好的灵敏性和选择性。因此，对于多回线接地故障，如果能够将某一回故障线路的零序电流，补偿修正为单回线接地故障下的零序电流，则能够使零序电流保护在沿用原有整定原则的基础上，同样适用于多回线接地故障。
基于以上思路，本文根据前文对多回线复杂接地故障机理的分析结果，提出了一种适用于小电阻接地系统的新型馈线自适应零序电流保护。
由式（8）可知，对于某条馈线的和两者之间关系与稳态情况下的系统电压Us、母线上的故障相电压UM，f、系统侧的总阻抗Zs∑以及该回故障线路的零序电流I （n）fi（0）有关。由于稳态情况下，系统电压与母线电压近似，则式（8）可表示为：
其中，下标φ为故障相；UM，φ为故障前的母线电压，在实际保护装置计算中取故障时刻的前一个周期所对应的相量进行计算；UM，φ，f为故障时的母线电压；Kc为零序电流补偿系数，
由式（9）可知，若系统发生多回线接地故障，该保护原理只需根据母线的实时电压值，即可自适应地将每回故障线路的零序电流实时修正为该回线单独故障时的零序电流值，且与各回故障线路的故障位置、过渡电阻无关；当系统发生单回线接地故障时，很显然Kc=1，即改进的保护仍然适用于单回线接地故障。
本文提出的馈线自适应零序电流保护原理流程图如图3所示。
图3 自适应零序电流保护方案Fig.3 Scheme of adaptive zero-sequence current protection
3 仿真验证
为了验证本文提出的馈线自适应零序保护方案，利用PSCAD／EMTDC建立一个
典型的实际10 kV配电网模型进行仿真分析，其网络结构如图1所示。在仿真模
型中，110 kV系统侧的最大和最小短路容量分别为3 898.71 MV·A 和 1 922.74 MV·A；10 kV母线的接地小电阻R0=12 Ω；10 kV母线含4回出线，架空线路
长度分别为4.1 km、4.7 km、2.7 km和3.2 km；线路均采用LGJ-120型号，其正序参数r1=0.27 Ω ／km，x1=0.335 Ω ／km，零序电抗 x0=3.0x1，对地电容C=12.14 nF／km；主变压器和接地变压器的具体参数分别如表1、2所示。故障点f1、f2和f3分别位于线路1、线路2和线路3。根据现场运行的保护定值整定规程，本算例的馈线零序电流保护I段的电流动作值整定为60 A，保护Ⅱ段动作
值整定为25 A。
表1 110 kV主变压器参数Table 1 Parameters of 110 kV main transformer
表2 Z型接地变压器参数Table 2 Parameters of Z-type grounding transformer
3.1 零序电流补偿效果分析
为验证本文所提出的零序电流补偿算法的准确性，设置了3组仿真方案，如表3所示。仿真结果，即零序电流原始值与补偿值的比较结果，分别如图4—7所示。由算例1的仿真结果可知，0.1 s发生单回线路A相接地故障时，零序电流补偿值和实际值相同。0.25s和0.4 s其他两回线路相继发生同相接地故障时，馈线的实测零序电流明显下降，而补偿算法则可根据母线的实时电压将零序电流补偿为单回线故障下的零序电流值，且具有较高的精度。由图5可知，在0.25 s前线路L1正常运行，电流补偿值近似为0，说明自适应零序电流保护引入后不会给非故障线路带来不利的影响；而0.25 s后发生多回线接地故障，线路L1的补偿值与单回线接地故障的零序电流实测值相同。
表3 仿真方案Table 3 Simulation scheme算例故障时刻／s 故障点故障距离／km 过渡电阻／Ω 1 0.10 f1 1.95 50 0.25 f2 1.95 30 0.40 f3 1.35 30 2 0.10 f2 0.3 40 0.25 f1 4.7 10 0.40 f3 1.35 0 3 0.10 f1 4.1 间歇性弧光0.25 f2 0.3 35 0.40 f3 2.7 60
图4 故障线路1的零序电流比较（算例1）Fig.4 Comparison between zero-sequence currents of faulty Line 1，in Case 1
图5 故障线路1的零序电流比较（算例2）Fig.5 Comparison between zero-sequence currents of faulty Line 1，in Case 2
图6 故障线路1的零序电流比较（算例3）Fig.6 Comparison between zero-sequence currents of faulty Line 1，in Case 3
图7 故障线路2的零序电流比较（算例3）Fig.7 Comparison between zero-sequence currents of faulty Line 2，in Case 3
算例3中，线路L1在0.1 s时发生间歇性弧光接地故障，持续到0.487 s时刻发展为永久性故障。图6和图7的结果表明，间歇性弧光接地由于其过渡电阻呈现
很强的非线性，而且不断随机变化，因此，弧光接地的故障线路和其他故障线路的实测零序电流都会随之不断变化。而在这种情况下，本文所提的补偿算法仍适用。其中，由图6可知，对于发生弧光接地的故障线路，由于弧光接地所对应的过渡电阻实际上是不断变化的，所对应的单回线故障零序电流也随之不断变化，所以补偿电流也是不断变化的，这与图4、5所示的永久性故障的情况相比有所不同；而对于其他的故障线路，其补偿效果则不受弧光接地故障的影响，如图7所示。
仿真结果表明，发生多回线接地故障时，自适应保护算法能将各回故障线路的零序电流准确地补偿为该回线路单独故障下的零序电流值，而且补偿精度不受本线路和其他故障线路的故障位置、过渡电阻的影响，补偿精度较高。
3.2 自适应保护方案动作情况分析
为验证本文所提出的自适应零序电流保护方案的有效性，本节通过仿真分析自适应零序电流保护和常规零序电流保护在不同故障位置和不同过渡电阻情况下的保护动作情况。
以线路1和线路2出口处的零序电流保护为研究对象，所提出的零序电流保护动作情况及其与常规零序电流保护的比较如表4和表5所示。其中，表4为不同故障位置下的零序电流保护动作情况，f1和f2处的过渡电阻分别为20 Ω和0；表5则是考虑不同过渡电阻下的零序电流保护动作情况，f1和f2处的故障距离分别为0.3 km和1.95 km。
由表4和表5的结果可见，发生多回线接地故障时，线路上的常规零序电流保护易发生拒动，尤其当过渡电阻之间差异较大时，容易引起某一回线零序电流显著降低而导致的拒动；而对于自适应零序电流保护，则能够将其所在线路的零序电流补偿为该回线单独发生接地故障情况下的零序电流值，进而确保基于单回线接地故障所整定的保护动作值能够继续应用于多回线复杂接地故障的情况，提高传统零序电流保护的适用性。同时，零序电流补偿值的大小只与本故障线路的故障位置和过渡
电阻有关，不受其他故障线路的影响。
表4 不同故障位置下常规零序电流保护和自适应零序电流保护的动作情况比较Table 4 Comparison of operation between conventional and adaptive zero-sequence current protections for different fault locations故障距离／km 自适应零序电流保护常规零序电流保护零序电流补偿值／A 动作情况零序电流实际值／A 动作情况f1 f2 线路L1 线路L2 保护1 保护2 线路L1 线路L2 保护1 保护20.3 0.3 64.34 164.66 动作动作 1.05 163.91 不动作动作1.95 64.51 157.22 动作动作 6.40 153.07 不动作动作4.7 64.52 145.96 动作动作 13.84 137.20 不动作动作1.95 0.3 63.14 164.66 动作动作 1.02 163.93 不动作动作1.95 63.46 157.22 动作动作 6.25 153.07 不动作动作4.7 63.50 145.97 动作动作 13.52 137.21 不动作动作4.1 0.3 61.64 164.66 动作动作 0.98 163.95 不动作动作1.95 62.12 157.22 动作动作 6.06 153.08 不动作动作4.7 62.18 145.96 动作动作 13.12 137.24 不动作动作
表5 不同过渡电阻下常规保护和自适应零序电流保护的动作情况比较Table 5 Comparison of operation between conventional and adaptive zero-sequence current protection for different transition resistances过渡电阻／Ω 自适应零序电流保护常规零序电流保护零序电流补偿值／A 动作情况零序电流实际值／A 动作情况f1 f2 线路L1 线路L2 保护1 保护2 线路L1 线路L2 保护1 保护2 0 164.66 156.98 动作动作 142.95 21.80 动作不动作0 20 164.66 63.14 动作动作 163.93 1.02 动作不动作50 164.66 32.78 动作动作 164.32 0.41 动作不动作0 64.51 157.22 动作动作 6.40 153.07 不动作动作20 20 64.54 63.52 动作动作 46.87 45.81 动作动作50 64.54 33.25 动作动作 55.99 22.24 动作不动作0 33.47 157.22 动作动作 2.60 155.50 不动作动作50 20 33.52 63.52 动作动作 22.57 55.01 不动作动作50 33.52 33.26 动作动作 28.03
27.77 动作动作
4 自适应零序保护的装置实现及RTDS测试
4.1 自适应零序保护的实现
馈线保护测控一体化装置平台DPMC-21，采用32位浮点DSP（300M）芯片和16位高精度AD采样，运算与逻辑功能强大。单元化设计、模块化结构，可扩充
性强。保护测控装置的处理器OMAP-L138由DSP内核和ARM内核2个内核组成。装置软件的总体架构包括保护程序、操作系统和监控程序，其中保护程序运行于DSP内核，操作系统和监控程序运行于ARM内核，2个内核通过片上共享内
存（ShareRAM）进行数据交换。除此之外，还有运行于单片机上的IRIG-B数据解析程序以及运行于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的数据输入／输出（DI／DO）扩展程序。
利用DPMC-21平台可在常规零序电流保护的基础上嵌入本文所提出的新型馈线
自适应零序电流保护功能，其零序方向元件、自适应元件均可单独投退。
自适应零序三段式过流保护主要针对小电阻接地系统，动作于跳闸。投入自适应零序电流保护时只需设置零序电流门槛定值I0SET_MIN和阻抗定值Zs∑_SET，所有保护元件共用动作门槛定值和阻抗定值。投入自适应元件后，若零序电流I0大于
门槛定值则利用阻抗定值修正零序电流，修正后的零序电流若大于动作定值则保护动作于跳闸。本装置的自适应零序电流Ⅰ段的保护逻辑如图8所示。图中，I0fit
为修正后的零序电流补偿值；I0SET_I和TSET_I01分别为馈线零序电流保护的整
定值和时限定值。
图8 自适应零序电流保护动作逻辑框图Fig.8 Schematic diagram of operation logic of adaptive zero-sequence current protection
4.2 RTDS平台测试
在实时数字仿真平台RTDS（Real Time Digital Simulator）上建立了第3节所述
的中性点经小电阻接地实际10 kV城市配电网模型，对自适应零序电流保护装置
进行测试，其中保护装置安装在线路L1的首端。基于RTDS平台，测试了该套保护装置在不同故障位置和过渡电阻条件下发生多回线接地故障时的零序电流补偿效果以及保护动作情况。
保护测试结果如表6所示，保护装置显示输出的部分故障报告如图9所示。本装
置零序过流Ⅰ段保护定值为3A（一次值为60A），Ⅱ段保护定值为1.25 A（一次值 25 A）。
表6 DPMC-21线路保护装置零序电流补偿效果以及保护动作情况Table 6 Zero-sequence current compensation and operating results of DPMC-21 protection device?
图9 DPMC-21故障报告Fig.9 Fault reports of DPMC-21
由表6可发现，发生单回线接地故障时零序电流的自适应补偿值与实际值基本相同，说明该装置的自适应零序电流保护功能同样适用于普通的单回线接地故障；而发生多回线接地故障时，DPMC-21馈线保护投入自适应保护后能够根据阻抗定值和母线电压实时修正零序电流，而且在实际运行中具备较高的补偿精度，显著提高了零序电流保护的灵敏性。
RTDS测试结果表明，对于小电阻接地系统，发生多回线同时接地故障或者相继接地故障时，在不同的故障位置和过渡电阻条件下DPMC-21馈线保护装置的自适
应保护均能准确检测到接地故障，并切除故障线路，提高了保护的灵敏性和选择性。
4.3 负荷对保护装置的影响
由于馈线负荷变化随机性较强，而且负荷变化对于线路出口处的保护通常是不易获取的，为了便于分析，本文的自适应零序电流补偿算法忽略了故障时的负荷电流。然而，在实际运行中发生单相接地故障时线路仍存在负荷电流分量，因此保护装置的补偿精度会受负荷的影响。但是，由于系统中性点经小电阻R0接地（R0通常
为 10～14 Ω），在故障复合序网络中Zs∑_SET主要决定因素为3R0，故相比于
接地电阻R0，负荷阻抗对零序电流补偿的影响是有限的。而从保护的角度，负荷
导致的零序电流补偿误差通常在允许范围内，对保护装置的正确动作基本没有影响。图10为最恶劣条件（负载运行、末端故障）下该装置的电流补偿效果。由图可见，相比于空载运行，虽然负荷导致补偿电流存在一定的误差，但是仍显著提高了该保护装置对于多回线故障的灵敏性，保护正确动作。
图10 考虑负荷时的零序电流Fig.10 Zero-sequence current considering load
5 结论
小电阻接地系统发生多回线同相接地故障时，零序电流的分布特征相比于单回线接地故障发生明显变化，常规的馈线零序电流保护灵敏性难以满足要求，严重情况下还可能导致母线接地变压器零序保护越级误动，扩大停电范围。因此，本文提出了一种新型的馈线自适应零序电流保护方案。该保护方案通过将每条馈线的零序电流实时地补偿回该馈线单独故障情况下的零序电流，从而使得零序电流保护在继续采用原有整定配合原则的基础上，解决了多回线同时接地故障对零序电流保护所造成的影响。
算法仿真以及装置测试结果均表明，该保护方案显著提高了馈线零序电流保护在多回线复杂接地故障情况下的灵敏性，改善了保护性能，而且不受过渡电阻、故障位置的影响。此外，该保护方案只需在原有零序电流保护方案基础上，增加母线电压信息，容易实现，具有较好的经济性和工程应用价值。
【相关文献】
［1］李景禄，周羽生.关于配电网中性点接地方式的探讨［J］.电力自动化设备，2004，24（8）：85-86.LI Jinglu，ZHOU Yusheng.Study on neutral grounding modes of distribution system
［J］.Electric Power Automation Equipment，2004，24（8）：85-86.
［2］唐艳波.变电站35 kV系统小电阻接地方案研究［J］.电力自动化设备，2006，26（5）：
99-101.TANG Yanbo.Study on grounding via small resistance of 35 kV system in substation［J］.Electric Power Automation Equipment，2006，26（5）：99-101.
［3］罗隆福，向博，许加柱，等.10 kV小电阻接地系统单相接地故障时的跨步电压仿真与实验研究［J］.电力自动化设备，2013，33（6）：21-26.LUO Longfu，XIANG Bo，XU Jiazhu，et al.Simulation and test of step voltage caused by single-phase grounding fault of 10kV system earthed with low resistance［J］.Electric Power Automation Equipment，2013，33（6）：21-26.
［4］MITOLO M.Grounding the neutral of electrical systems through low-resistance grounding tesistors：an application case［J］.IEEE Transactions on Industry Applications，2008，44（5）：1311-1316.
［5］郭丽伟，薛永端，徐丙垠，等.中性点接地方式对供电可靠性的影响分析［J］. 电网技术，2015，39（8）：2340-2345.GUO Liwei，XUE Yongduan，XU Bingyin，etal.Research on effects of neutral grounding modes on power supply reliability in distribution networks ［J］.Power System Technology，2015，39（8）：2340-2345.
［6］姜宪国，王增平，张执超，等.基于过渡电阻有功功率的单相高阻接地保护［J］. 中国电机工程学报，2013，33（13）：187-193.JIANG Xianguo，WANG Zengping，ZHANG Zhichao，et al.Singlephase high-resistance fault protection based on active power of transition resistance［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33（13）：187-193.
［7］许庆强，许扬，周栋骥，等.小电阻接地配电网线路保护单相高阻接地分析［J］. 电力系统自动化，2010，34（9）：91-94.XU Qingqiang，XU Yang，ZHOU Dongji，et al.Analysis of distribution network line relay protection during single-phase high-resistance grounding faults in low resistance neutral grounded system ［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（9）：91-94.
［8］HUANG J K，WU J Y，WANG G，et al.Study on zero-sequence current distribution characteristics in low resistance grounding mode［C］∥2011 International Conference on Advanced Power System Automation and Protection（APAP）.Beijing，China：IEEE，2011：1039-1043.
［9］李银业.“Z”型接地变零序保护误动原因分析及对策［J］.青海电力，2013，32（2）：47-49.LI Yinye.Malfunction reason analysis and countermeasure of“Z-type” ground transformer zero-sequence protection［J］.Qinghai Electric Power，2013，32（2）：47-49.
［10］袁勇，李凌.10 kV小电阻接地系统接地变压器零序电流保护误动分析［J］. 华东电力，2003，31（6）：31-33.YUAN Yong，LI Ling.Analysis of malfunction of grounding transformer’s zero-sequence current protection in 10 kV low resistance grounding system［J］.East China Electric Power，2003，31（6）：31-33.
［11］张志文，申建强，杨俊，等.配电网混合接地运行分析［J］.电力系统及其自动化学报，2012，24（2）：47-52.ZHANG Zhiwen，SHEN Jianqiang，YANG Jun，et al.Distribution network hybrid grounding operation analysis［J］.Proceedings of the CSU-EPSA，2012，24（2）：47-52.
［12］宁国丽，房亚囡，邢立功，等.小电阻接地系统中接地变压器零序电流保护改进［J］. 电力自动化设备，2011，31（5）：141-144.NING Guoli，FANG Yanan，XING Ligong，et
al.Improvement of zero-sequence over-current protection for grounding transformer in low-resistance grounding power system［J］.Electric Power Automation Equipment，2011，31（5）：141-144.
［13］王英民.10 kV小电阻接地系统接地变压器零序保护误动原因分析［J］. 华北电力技术，2009（1）：24-26.WANG Yingmin.Cause of malfunction of grounding transformer zero-sequence current protection in 10 kV low resistance grounding system［J］.North China Electric Power，2009（1）：24-26.
［14］江文东.10 kV小电阻接地系统零序过流定值的探讨［J］.电力自动化设备，2002，22（10）：73-75.JIANG Wendong.Discussion on zero sequence overcurrent settings for 10 kV low resistance grounding system［J］.Electric Power Automation Equipment，2002，22（10）：73-75.
［15］贺春，刘力军，谢颂果，等.Z型变在中性点经小电阻接地电网中的应用［J］. 电力系统保护与控制，2006，34（14）：15-19.HE Chun，LIU Lijun，XIE Songguo，et al.Application of zigzag grounding transformers in the power system with low resistance via neutral grounding［J］.Power System Protection and Control，2006，34（14）：15-19.
［16］刘万顺.电力系统故障分析［M］.北京：中国电力出版社，2010：160-167.
小电流接地保护新原理的研究及微机型保护装置设计
小电流接地保护新原理的研究及微机型保护装置设计 摘要：本文探讨了小电流接地系统的各种保护装置存在问题，主要的保护装置都是由工控机和单片机实现的，而单片机在实现保护方面有体积小、成本低、安装方便、运行可靠等优点。以前的很多产品都是利用接地故障时的稳态信息。但是当小电流接地系统在发生单相接地故障时，稳态零序电流幅值较小，而暂态零序电流幅值较大，故基于暂态零序电流的故障选线方法更可靠。 关键词：小电流；接地保护；新原理；微机型；保护装置 配电网采用中性点不直接接地方式运行时，发生接地故障情况下，流过接地点的电流很小，所以称其为小电流接地系统。在小电流接地系统发生单相接地故障时，虽然接地点故障电流小，对供电设备不至马上造成很大的危害，但如果不及时地进行有效的处理，仍然可能导致严重后果。 一、小电流接地保护新原理的研究 为了提高配电自动化水平，出现了一些故障选线方法，这些方法一般需要集中比较各条出线的电流大小或相位，使得仪器接线复杂，且现场运行可靠性不高。随着小波分析等新信号处理工具的引入，也出现了一些根据暂态电流特定频带特征进行选线的方法。由于故障，特别是谐振接地系统故障时，暂态电流的成分与诸多因素有关，这些方法还需要经受实践的检验。分析了小电流接地系统发生接地故障时负序电流的分布，提出了一系列基于负序电流的保护新原理，为实现基于就地测量量的馈线接地保护提供了新的思路。然而，这些方法在具体实施时可能会遭遇一些困难，如：负序过流保护，整定时需要避开健全线的最大负序电流，在配电系统中可能由于各条线路所带负荷变化很大，整定工作相当繁琐，而且保护的灵敏度不高；负序方向保护需要与系统侧的负序电流或故障相电压比相，对前者来说，系统侧的负序电流不一定能很方便地得到，对于后者来说，金属接地故障时故障相电压接近0，且消弧线圈工作在谐振状态附近时，故障支路的电流近似为零，作为故障总电流1/3 的负序电流及其分配也近似为零，在TV、TA变换线性度范围、装置A/D 变换精度有限等因素的影响下，极小电压（电流）甚至是零电压（电流）的相位很难正确测量，所以，上述 2 种判据都存在一定的局限性。 利用故障相电压和支路负序电流直接乘积积分构成的暂态能量保护在一定程度上能弥补上述不足，但其整定可能相对困难。提出了基于负序和零序基波电流大小的接地保护，对负序和零序电流保护设置一个精工电流门槛，当负序和零序基波幅值均大于门槛时，启动接地保护。接地保护采用反时限特性，在一定程度上具有了自适应的特点。但由于采用基波电流作为判断依据，当系统发生故障时，如果消弧线圈工作在谐振点附近，保护处分配的负序电流很可能远小于精工电流，导致保护灵敏度不足或失去选择性。另外，在不同补偿方式下，保护处观测到的负序电流和零序基波电流大小可能存在很大差别，用同一个过电流定值无法适应实际系统的要求。因此，基于负序的单相接地故障保护要真正能够适应
配电网馈线系统保护原理及分析馈线原理
《配电网馈线系统保护原理及分析|馈线原理》 摘要：引言配电动化技术是城乡配电改造建设重要技术配电动化包括馈线动化和配电管理系统通信技术是配电动化关键，3基馈线动化馈线保护配电动化包括馈线动化和配电管理系统其馈线动化实现对馈线信息采集和控制也实现了馈线保护，馈线保护发展趋势目前配电动化馈线动化较地实现了馈线保护功能 引言配电动化技术是城乡配电改造建设重要技术配电动化包括馈线动化和配电管理系统通信技术是配电动化关键 目前我国配电动化进行了较多试由配电主、子和馈线终端构成三层结构已得到普遍认可光纤通信作主干通信方式也得到共识 馈线动化实现也完全能够建立光纤通信基础上这使得馈线终端能够快速地彼通信共实现具有更高性能馈线动化功能 二 配电馈线保护技术现状电力系统由发电、输电和配电三部分组成 发电环节保护集元件保护其主要目是确保发电厂发生电气故障将设备损失降 输电保护集输电线路保护其首要目是维护电稳定 配电环节保护集馈线保护上配电不存稳定问题般认馈线故障切除并不严格要是快速 不配电对荷供电可靠性和供电质量要不 许多配电仅是考虑线路故障对售电量影响及配电设备寿命影响尚将配电故障对电力荷(用户)面影响作配电保护目 随着我国济发展电力用户用电依赖性越越强供电可靠性和供电电能质量成配电工作重而配电馈线保护主要作用也成提高供电可靠性和提高电能质量具体包括馈线故障切除、故障隔离和恢复供电 具体实现方式有以下几种传统电流保护电流保护是基继电保护 考虑到济原因配电馈线保护广泛采用电流保护 配电线路般很短由配电不存稳定问题了确保电流保护动作选择性采用配合方式实现全线路保护
常用方式有反限电流保护和三段电流保护其反限电流保护配合特性又分标准反限、非常反限、极端反限和超反限参见式()、()、(3)和() 这类保护整定方便、配合灵活、价格便宜可以包含低电压闭锁或方向闭锁以提高可靠性;增加重合闸功能、低周减功能和电流接地选线功能 电流保护实现配电保护前提是将整条馈线视单元 当馈线故障将整条线路切并不考虑对非故障区域恢复供电这些不利提高供电可靠性 另方面由依赖延实现保护选择性导致某些故障切除偏长影响设备寿命 重合器方式馈线保护实现馈线分段、增加电是提高供电可靠性基础 重合器保护是将馈线故障动限制区段有效方式「参考献」 参见图重合器R位线路首端该馈线由、B、三分段器分四段 当B区段发生故障重合器R动作切除故障、B、分段器失压动断开重合器R延重合分段器电压恢复延合闸 样分段器B电压恢复延合闸 当B合闸故障重合器R再次跳开当重合器二次重合分段器将再次合闸B将动闭锁分闸位置从而实现故障切除、故障隔离及对非故障段恢复供电 目前我国城乡电改造仍有量重合器得到应用这种简单而有效方式能够提高供电可靠性相对传统电流保护有较优势 该方案缺是故障隔离较长多次重合对相关荷有定影响 3基馈线动化馈线保护配电动化包括馈线动化和配电管理系统其馈线动化实现对馈线信息采集和控制也实现了馈线保护 馈线动化核心是通信以通信基础可以实现配电全局性数据采集与控制从而实现配电、配电高级应用() 以地理信息系统(G)平台实现了配电设备管理、图管理而、G和体化则促使配电动化成提供配电保护与监控、配电管理全方位动化运行管理系统
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
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喻磊;郭晓斌;韩博文;雷金勇;田兵;白浩;李海锋;王钢 【摘要】小电阻接地系统发生多回线同相复杂接地故障时,零序电流幅值相比于单回线接地故障将显著下降,容易导致馈线首端的零序电流保护拒动,进而造成母线接地变压器的零序电流保护越级误动,扩大停电范围.为此,对小电阻接地系统多回线复杂接地故障的故障机理进行分析,推导了多回线与单回线接地故障下馈线零序电流关系;在此基础上,提出了一种自适应馈线零序电流保护方案,即根据母线电压将多回线接地故障的零序电流实时补偿为单回线接地故障的零序电流值,从而确保了常规的保护动作值整定方式和保护配合能够适用于多回线复杂接地故障,并研发了相应的自适应零序保护装置.基于PSCAD/EMTDC和RTDS对保护原理及保护装置的测试结果表明,自适应零序电流保护在多回线复杂接地故障情况下仍具有较高的灵敏性,补偿精度不受过渡电阻、故障位置的影响.所提保护方案只需在原有零序电流保护方案基础上,增加母线电压信息,容易实现,具有经济性和较高的工程应用价值.%When in-phase grounding fault occurs in multi-circuit lines,the zero-sequence current would significantly decrease compared with that during single line grounding fault,which may cause zero-sequence current relay protection to function improperly and expand the fault range.Therefore,the SPGF(Single Phase Grounding Fault) mechanism of multi-circuit lines in low resistance grounding system is analyzed,and the relationship between feeder zero-sequence current during both multi-circuit line and single-circuit line SPGF is deduced,based on which,a novel adaptive zero-sequence current protection scheme is proposed,i.e.the zero-sequence current during SPGF occurs in multi-circuit lines can be
分析10kV小电阻接地系统的技术原理及施工验收、运行维护
分析10kV小电阻接地系统的技术原理及施工验收、运行维护 采用中性点经小电阻接地或直接接地方式，可降低系统发生单相接地时中性点不接地变压器的暂态过电压和健全相电压升高数值，能够采用简单的继电保护装置迅速地、有选择性地切除单相接地故障点，从而克服中性点不接地系统的种种缺陷。 标签：10kV;小电阻接地系统;技术原理;施工验收;运行维护 一、10kV小电阻接地技术的发展及原理 接地变在正常三相平衡负荷情况下，同一铁芯柱的两个绕组电流方向相反，所产生的磁通相互抵销，铁芯柱中的磁通密度极小，绕组呈现极大的阻抗，故空载励磁电流极小，因而它显示出高阻抗作用。当系统发生单相接地时，一相的两个绕组通过零序电流，于是铁芯柱中的磁密度急剧增加导致绕组的电抗大大降低，因三个芯柱上的六个绕组互相间具有磁的联系，所以在单相接地时，接地变的三相电流都会增大。中性点经电阻接地系统其零序电抗与正序电抗的比值一般接近于或等于3，即X0/X1≈3，当系统发生单相接地故障过程中出现的过电压值与系统的正序电抗，零序电抗及零序电阻有关，系统中性点的暂态电压及健全相的暂态电压最大值可按下列公式计算： 中性点的暂态电压最大值： 式中： 健全相的过电压值：（设A相接地） α—接地系数;U?—相电压 当系统的比值大于3时，健全相的电压趋近于，0<X0/X1<3时，健全相的电压升高很小，也就是说只要零序回路呈现感性，健全相的电压升高就比较小，当X0/X1出现负值时，健全相的过电压就比较高，即零序回路呈现容性时，过电压可能比较高，X0/X1=-2处，零序回路发生谐振。如回路中零序电阻很小，就可能引起高倍数的谐振过电压值。当X0/X1比值为较大的负值时，UB、UC 趋近于2倍相电压。当X0/X1=1时，健全相仍保持相电压不会升高。通过以上分析，采用中性点经电阻接地方式，只要适当选择中性点电阻值，系统发生单相接地故障时的过电压就会降低，在考虑中性点经电阻接地系统的绝缘配合时，其内过电压倍数就有可能按3.5倍相电压确定。这样，按IEC标准12kV绝缘水平的进口电气设备就可以在我国的10kV电网中安全运行。 二、10kV小电阻接地装置设备安装、验收 2.1一次设备安装、验收
零序电流保护的原理
零序电流保护的原理 零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，即ΣI=0，它是用零序C.T作为取样元件。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零（对零序电流保护假定不考虑不平衡电流），因此，零序C.T的二次侧绕组无信号输出（零序电流保护时躲过不平衡电流），执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序C.T的环形铁芯中产生磁通，零序C.T的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。 零序电流保护一般适合使用于TN接地系统。因为当发生一相接地时，对TN-S 系统Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PE线阻抗ZPE和接触阻抗Zf，即Zs＝ Z1+ZPE+Zf；对于TN-C系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN 和接触电阻Zf，即ZS＝Z1+ZPEN+Zf；对于TN-C-S系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN，PE线阻抗ZPE和接触电阻Zf，即ZS＝ Z1+ZPEN+ZPE+Zf，产生的单相接地故障电流Id＝220/ZS，明显大于无故障时的三相不平衡电流，只要整定合适，就可检测出发生接地故障时的零序电流，以切断故障回路。而对IT系统，一般均是使用对供电可靠性要求较高、对单相接地不必要立即切断供电回路、但需发出绝缘破坏监察信号、以维持继续供电一段时间。工矿企业内的不配出中性线的三相三线配电线路。当单相接地时，该故障线路上流过的零序电流是全系统非故障系统电容电流之和，因而容易检测出接地故障电流，故可用零序电流保护装置来监察相对地第一次接地故障。TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中，常发现三相不平衡电流较大，当发生一相接地时，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，
小电流接地系统
标题：小电流接地系统单相接地故障选线原理综述 由于线路自身的电容电流可能大于系统中其他线路的电容电流之和，所以按零序电流大小整定的过电流继电器理论上就不完善，它还受系统运行方式、线路长短等许多因素的影响，而导致误选、漏选、多选;“功率方向”原理采用逐条检测零序电流i0功率方向来完成选线功能，当用于短线路时，由于该线路的零序电流小，再加之功率方向受干扰，在一定程度上选线是不可靠的，更多地发生误、漏选情况; 用各线路零序电流作比较，选出零序电流最大的线路为故障线路的“最大值”原理，在多条线路接地或线路长短相差悬殊的情况下，很可能造成误选和多选;“首半波”原理基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，利用故障后故障线路中暂态零序电流每一个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选择性保护，但它不能反映相电压较低时的接地故障，且受接地过渡电阻影响较大，同时存在工作死区; 利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护的“谐波方向”原理，由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多，且各电网的谐波含量大小不一，故其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻的情况下将出现拒动现象。 群体比幅比相原理 此种方法为多重判据，多重判据即为用二种及以上原理为判据，增加可靠性和抗干扰性能力，减少受系统运行方式、长短线、接地电阻的影响。文[2]采用幅值法与相位法相结合，先用“最大值”原理从线路中选出三条及以上的零序电流i0最大的线路，然后用“功率方向原理从选出的线路中查找零序电流i0滞后零序电压u0的线路，从而选出故障线路。该方案称为3c方案，因排队后去掉了幅值小的电流，在一定程度上避免了时针效应，另外排队也避免了设定值，具有设定值随动的“水涨船高”的优点。它既可以避免单一判据带来的局限性，也可以相对缩短选线的时间，是较理想的方式。 3c方案中，因i3也可能较小，由此相位决定是i2还是i1接地可能引起误判，i3越小，误判率越高，为此文[3]提出的mln系列微机选线装置扩展了4种选线方案，除3c方案外，增加了2c1v、1c1v、2c、1c方案，由计算机按不同条件选择合适的方案或人为设定方案判线，判线准确率得到进一步改善。 小电流系统单相接地投入保护跳闸后，要求保护装置具有更高的可靠性。文[4]将模糊决策理论引入了mln-r系列小电流微机保护屏，将5种选线方案按模糊决策组合裁决，给出跳闸出口的同时还打印出可信度。 “注入法”原理 它不利用小电流接地系统单相接地的故障量，而是利用单相接地时原边被短接暂时处于不工作状态的接地相pt，人为地向系统注入一个特殊信号电流，用寻迹原理即通过检测，跟踪该信号的通路来实现接地故障选线。当系统发生单相接地时，注入信号电流仅在接地线路接地相中流动，并经接地点入地。利用一种只反映注入信号而不反映工频及其谐波成分的信号电流探测器，对注入电流进行寻踪，就可实现单相接地故障选线与接地点定位。其主要特点有: (1)勿需增加任何一次设备不会对运行设备产生任何不良影响。(2)注入信号具有不同于系统中任何一种固有信号的特征，对它的检测不受系统运行情况的影响。(3)注入信号电流仅在接地线路接地相中流通，不会影响系统的其它部位。
浅谈主变低压侧中性点经小电阻接地零序电流保护的应用
浅谈主变低压侧中性点经小电阻接地零序电流保护的应用摘要：对中性点经小电阻接地系统的接地方式及工作原理作了简单介绍，同时提出零序电流保护的优点具有简单、可靠、动作正确率高，受弧光及接地电阻影响小，不受负荷及振荡影响，这些优点都只能在选择适当合理的运行方式并正确的整定才能得到发挥。 关键词：中性点小电阻接地零序电流保护 0引言 内蒙古地区风能资源十分丰富，在全区118.3万平方公里的土地上，风能总储量约8.98亿千瓦，可开发利用量1.5亿千瓦，占全国可开发利用风能储量的40%。做为具有得天独厚条件的锡林郭勒盟，正是抓住了风电快速发展这一时机，风能资源得到了开发和利用，然而风力风电的迅猛发展也对继电保护提出了更高的要求，因此主变低压侧中性点经小电阻接地后，零序电流保护得到了广泛的应用。 1.变压器中性点接地方式及工作原理 1.1接线方式风电场主变低压侧中性点采用电阻接地方式时，若主变为y0接线，其中点可接接入电阻（见图1a）；若为△接线，则需外加接地变压
器造成一个中性点（见图1b、c、d）。外加接地变压器零序阻抗要小，其接线为y0/△或z；接地电阻可以直接接在y0/△或 z 接线的高压侧中性点，也可以接在 y0/△接线低压侧开口三角上。 1.2中性点经电阻接地方式的基本原理接地 变压器作为人为中性点接入电阻，接地变压器的绕组在电网正常供电情况下阻抗很高，等于励磁阻抗，绕组中只流过很小的励磁电流；当系统发生接地故障时，绕组将流过正序、负序和零序电流，而绕组对正序、负序电流呈现高阻抗、对于零序电流呈现较低阻抗，因此，在故障情况下会产生较大的零序电流。在中性点接入ct，将电流检测出来送至电流继电器，就可以进行有选择性快速保护。另，接入电阻rn，能有效抑制接地过电压。中性点接入电阻rn后，电网中的c0与rn形成一个rc放电回路，将电弧接地累的电荷按e-t/r（r=3r0c0）规律衰减。这样，就能有效抑制电弧接地过电压，提高保护动作的快速性和灵敏性；为降低中压系统的绝缘水平提供可能，并能较好地保证人身安全；另外，在中性点经小电阻接地电网正常运行中，由于中性点接地电阻的强阻尼作用，中性点位移远小于中性点不接地电网的中性点位移电压（约为1/5左右）。
浅析小电阻接地方式在变电站的应用
浅析小电阻接地方式在变电站的应用 摘要：在我国电力事业高速发展的背景下，传统接地方式自身的不足已经显现 出来，所以需要将小电阻接地方式应用在变电站中。基于此，本文首先对小电阻 接地方式进行了具体的分析，其次以提高供电的稳定性、解决通信干扰问题、确 保人员的安全性为切入点，分析小电阻接地方式在变电站的应用方式，旨在能够 充分发挥小电阻接地方式的方式，从而保证变电站能够稳定运行，推动国家电网 的发展。 关键词：小电阻接地方式；供电稳定性；通信干扰 前言：小电阻接地方式，实际是应用最为广泛的国家为美国，其主要原因为：在美国长期的发展中，对于弧光接地过电压的实际危害进行了过高的预估，所以 便采用了小电阻接地方式进行规避，以此将线路中剩余的电荷进行泄放，从而对 电压进行了更加优质的控制。在小电阻接地方式中，通常其自身的电阻值相对较小，可以在单相接地的过程中，将电流控制在500A左右，同时能够将其调节至100A左右，并启动零序保护，将故障线路切断。 1.小电阻接地方式的设置分析 1.1 选择电阻值 在小电阻接地方式中，其电阻值的选择基本就是由电容电流（IC）确定的， 但在具体计算、选择的过程中还需要考虑电网的实际、其他影响因素等。电阻值 的计算方式为：RN=UΦ/IR（公式1）。在这一公式中，RN表示小电阻接地方式 的电阻；UΦ表示变电站的额定电压；IR表示电网单接地发生故障时所经过RN的电流。 具体而言，电阻的选择还需要考虑以下几方面的因素：（1）通常选择IR= （1-4）IC的方式将间歇性电压控制在2.0pu~2.5pu以下；（2）目前变电站中基 本采用零序保护功能，基本上能够定满足运行的需求，结合公式1所计算的电阻值，如果过渡电阻的值相对合理，那么其自身的灵敏度就能够满足供电系统的保 护的需求。 1.2 选择变压器 实际上，短时过载、长时间空载是当前接地变压器的主要运行特点。在应用 小电阻接地方式的过程中，其变压器的选择需要有限考虑接地变容量，并全面落 实IEEE-C62.92.3标准。具体来说，在IEEE-C62.92.3标准中，要求接地变压器在 10s的时间内，其实际过载系数需要达到额定容量数值的10.5倍。所以，在选择 小电阻接地方式变压器时，需要首先对10s允许的过载倍数进行折算，使其以连 续运行的额定容量呈现出来。在变电站选择变压器的容量时，其具体的容量应用 等于站用变压器容量、计算容量的数值之和。通过这样的计算方式，变电站能够 选择出更加科学、合理的接地变压器，充分发挥小电阻接地方式的价值，满足供 电稳定的相关要求，增强电力系统运行的稳定性[1]。 1.3 选择零序方式 在应用小电阻接地方式的系统中，发生单相接地故障时，系统的电流就会增加，所以需要使用零序方式对系统进行电流保护。具体来说，零序电流保护装置 的够成为：中性点电阻器零序保护，其属于变压器、母线之间的主保护，同时也 会作为相邻线路的后备保护；对于馈线保护而言，通常会采用两段式零序保护方式，选择零序过电流保护装置、限时电流速断保护装置等；将零序电流保护装置 安装在用户进线端。根据相关部门的规定，小电阻接地方式不能在10kV配电网
浅析kV小电阻接地系统线路零序保护改进
浅析kV小电阻接地系统线路零序保 护改进 随着电力系统的不断发展，出现了越来越多的复杂情况，给电力系统的保护带来了很大的挑战。小电阻接地系统是目前电力系统中广泛使用的一种电源供电系统，它采用零地电阻对系统进行接地。针对小电阻接地系统线路零序保护的问题，本文进行浅析，并提出改进措施。 一、kV小电阻接地系统简介 kV小电阻接地系统是一种重要的电源供电系统，包括电压互感器、电流互感器、开关设备和保护装置等。它采用零地电阻对系统进行接地，可以有效地避免系统接地故障对人身和设备的危害，保护电力系统的安全可靠运行。 二、小电阻接地系统线路零序保护的问题 小电阻接地系统的线路零序保护存在以下问题： 1、接地电阻不均衡：由于接地电阻分布不均匀，导致系统接地故障时，部分设备保护动作，而其他设备没有动作，导致系统的保护性能下降。 2、接地电阻过大：接地电阻过大会导致系统零序电流过大，不能及时动作保护装置，从而导致对系统带来危害。
3、地绝缘故障误保：系统中存在地绝缘故障时，保护装置容易误动作，导致系统被误保护。 4、电流互感器精度不足：由于电流互感器的精度不足，可能会导致保护装置误动作，对系统造成损害。 三、小电阻接地系统线路零序保护的改进 针对小电阻接地系统线路零序保护存在的问题，可以采取以下措施进行改进： 1、接地电阻均衡化：可以通过对接地电阻的分布进行调整，保证接地电阻的均衡分布，从而提高系统的保护性能。 2、接地电阻降低：可以通过对接地电阻进行降低，降低系统阻值，对系统进行可靠的保护，提高系统的工作效率和稳定性。 3、加装差动保护装置：针对小电阻接地系统存在地绝缘故障误保的问题，可以采取加装差动保护装置进行保护，提高保护的可靠性。 4、提高电流互感器的精度：提高电流互感器的精度，可以减少保护装置的误动作，从而保护系统的稳定性和可靠性。 四、结论 综上所述，kV小电阻接地系统是一种广泛使用的电源供电系统，但在运行过程中会存在一些问题。针对小电阻接地系统线路零序保护的问题，可以采取一些改进措施，如接地电阻均衡化、接地电阻降低、加装差动保护装置和提高电流互感器
小电阻接地系统配电网零序保护可靠性分析与应对措施
小电阻接地系统配电网零序保护可靠性 分析与应对措施 【摘要】本文介绍了小电阻接地系统配电网零序保护在实践应用中存在的 问题，分析事故原因并有针对性的提出实践应用措施。 【关键词】小电阻接地系统零序电流保护分析与措施 【引言】 包钢新体系中压供配电网系统供出线路均为电缆出线，通过电缆隧道，架空 电缆通廊送至用户端。为保证电力电缆运行安全，防止引发电气火灾、短路事故，在10kv配电网采用中性点经小电阻接地方式。当发生单相接地故障时，零序电 流保护动作切除故障，其优点是保护灵敏度高，在接地故障初期即可快速切除故 障点。目前钢铁企业的重要负荷均采用双路或多路供电，并配置保安电源，分段 设备采用备自投方式，可以保证用电安全，实现供电连续性。 【正文】 一、包钢新体系10KV配电网中性点经小电阻接地系统零序保护应用中存在 的问题： 包钢新体系配电网系统采用中性点经小电阻接地方式，于2012年投入运行。在运行过程中出现多次零序保护拒动和误动事件，对生产和系统安全带来重大影响。下面就典型故障进行分析说明： 各级零序保护配置表：
系统标准主接线图： 1．炼钢公辅水系统变电站零序保护越级跳闸事件： （1）系统运行方式：56#变电所1#主变、2#主变带10kvI段、II段母线分 列运行，10kvI段带公辅1#线、10kvII段带公辅2#线运行；公辅变电所I进线 带10KV I段母线带1#水泵、II进线带10KV II段母线带2#水泵运行，10kv分 段热备。 （2）故障现象及原因分析： 2017年6月8日，公辅变1#水泵电缆端头发生单相接地，56#变电所公辅1# 线零序过流II段保护动作，开关跳闸，保护动作时间0.6s，动作值2.8A。公辅 变电所10kvI段母线失电，1#水泵及其他用电设备低电压保护动作跳闸。运行人 员切开10KV I段所有断路器后，检查设备无异常，用公辅变10kv分段合闸带 10kvI母，恢复母线供电后启动1#水泵时，56#变电所2#线零序保护动作跳闸， 造成公辅变全站停电。 检查零序CT安装及二次回路校验，结合故障录波波形，零序保护投退情况，确定本次越级跳闸的原因为：公辅变1#水泵电缆接地线未正确穿过外置零序电流
小电阻接地系统中零序保护故障及其原因分析 王小萌
小电阻接地系统中零序保护故障及其原因分析王小萌 摘要:本文对中性点不同接地方式的常见划分，分析了从两种方式在接地故障下 的基本特征进行深入分析，从理论上为不同方式的不同应用提供依据，并根据实 际的故障案例，对故障原因进行了深入分析。 关键词:小电阻接地系统；零序保护故障；原因 1.引言 小电流接地系统，分为中性点不接地、经高阻接地、经消弧线圈接地系统。 对于中性点不接地系统，由于不构成短路回路，无法形成大的短路电流，因此调 度规程一般规定可以继续运行1～2h，但随着线路长度增加，以及市区大量电力 电缆的使用，使得电容电流增大，弧光接地过电压倍数增高，长时间运行容易造 成相间短路，因此应立即查找故障点；而对于中性点经高阻接地系统，目前调度 定值单中一般设定为达到零序电流定值立即跳闸，因此对整个系统不造成影响。 本文主要从小电阻接地方式下的零序保护原理出发，分析了一起小电阻接地系统 线路零序保护由于存在保护死区致使故障范围扩大案例，并对变电运行工作中如 何防止零序保护拒动问题进行了探讨。 2. 零序电流保护 零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引 出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器CT时，其一次侧为被保 护电缆的三相导线，铁心套在电缆外，其二次侧接零序电流继电器。当正常运行 或发生相间短路时，一次侧电流为零，二次侧只有因导线排列不对称而产生的不 平衡电流。当发生一相接地时，零序电流反映到二次侧，并流入零序电流继电器，使其动作发出信号。 零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的 电流的代数和等于零，即I=O，它是用零序电流互感器作为取样元件，在线路与 电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零(对零序电流保护假定不考虑不 平衡电流)，因此零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出(零序电流保护时躲过 不平衡电流)，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零， 故障电流使零序电流的环形铁心中产生磁通，零序电流互感器的二次侧感应电压 使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。 3.接地零序保护常见故障 3.1整定不当或二次回路故障 由于人为因素致使保护装置整定不当或装置故障致使其二次回路故障，导致 零序保护不动作的原因可以归纳为以下原因：(1)设备施工或检修时，致使线路保 护装置零序保护回路接线错误；(2)馈线保护装置自身故障；(3)压板投退等原因致 使零序保护不动作。 3.2故障分量无法启动保护装置 根据20 kV和10 kV线路零序保护动作的充分必要条件，即故障时刻零序电流I0大于零序保护整定值I0zd，故障持续时间t大于零序保护整定时间t0zd，对于 架空线路瞬时接地故障，接地时间t远远大于整定值t0zd，t满足t＞t0zd的条件；而I0=U0/Z0≈U/Z0，U为系统电压，基本不变，影响I0的就基本只有线路接地的 综合零序阻抗Z0，而Z0由接地变中性点电阻Z0r、线路阻抗Z01、线路接地过渡 阻抗(包括地网阻抗Z0j共同组成，即Z0=Z0r+Z0l+Z0j＞Z0zd。针对以上原因，需要继保专业人员对站内各站相关设备进行检查、试验，确保当系统内发生接地故障
浅析零序电流有功分量接地选线保护原理
浅析零序电流有功分量接地选线保护原理 摘要本文在对常用的接地选线保护原理进行分析比较的基础上,重点分析了零序电流有功分量方向保护原理。 关键词零序电流;分量接地;选线保护 0 引言 我国城乡配电网均属于小电流接地系统,即中性点不接地或经消弧线圈接地系统,近年也出现了电阻接地方式。小电流接地系统最大的优点是发生单相接地故障时,系统中单相接地电流很小,并不破坏系统线电压的对称性,系统可继续运行1h~2h。但是,长时间的接地运行,极易形成两相接地短路,弧光接地还会引起全系统过电压,致使接地选线保护难度很大。为此,生产实践中希望装置能尽快准确地选出故障线路,使之与系统隔离,以防止故障的进一步扩大。因此,接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用,为保证电网的安全运行起到了积极的作用。但目前部分装置在使用中的表现并不能令人满意,误动、拒动现象时有发生。 1 现有接地选线装置原理 基于小电流接地系统发生单相接地故障时出现零序电流及零序电压等特点,目前电力系统中的小电流接地选线装置的各种选线原理分析如下: 1)零序电流比幅法:利用流过故障元件的零序电流在数值上等于所有非故障元件的对地电容电流之和,即故障线路上的零序电流最大,所以只要通过比较零序电流幅值大小就可以找出故障线路。但这种方法受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响,且系统中可能存在某条线路的电容电流大于其它所有线路电容电流之和的情况,装置易发生误动。 2)零序电流相对相位法:利用故障线路零序电流与非故障线路零序电流流动方向相反的特点,分别从线路流向母线或由母线流向线路,就可以找出故障线路。但这种方法在线路较短,零序电压、零序电流值较小时,相位判断困难,不能适用于谐振接地时完全补偿、过补偿运行方式。 3)谐波分量法。谐波分量法分为5次谐波大小和方向,各次谐波平方和等方法。5次谐波大小和方向法,当单相接地故障时,由于故障点、线路设备的非线性影响,在故障电流中存在着谐波信号,其中以5次谐波为主。经消弧线圈接地系统的消弧线圈是按照基波计算的,消弧线圈相当于处于开路状态。可忽略消弧线圈对5次谐波产生的补偿效果。再利用5次谐波电容电流的群体比幅比相法,就可以解决经消弧线圈接地系统的选线问题。但故障电流中5次谐波含量较小(小于故障电流10%),且受TA不平衡电流和过渡电阻的影响,选线的准确度也不是很稳定。各次谐波平方和方法是将3、5、7等谐波分量求和,再根据谐波理论进行选线。虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点,但不能从根本上解决问题。
消弧并小电阻接地方式在配网系统的应用研究
消弧并小电阻接地方式在配网系统的应用研究 摘要：本文以变电站目前接地方式改造为研究背景，结合目前采用的消弧线圈 并小电阻接地方式运行，重点分析并联中电阻的接线方式以及动作原理，并对并 联小电阻的保护动作情况以及在配网系统中对供电可靠性的影响进行分析，通过 对实际运行情况验证该接地方式的可行性。 关键词：小电阻接地；并联；单相接地故障 1、引言 目前国内各种小电流选线装置所用的原理一般都是利用单相接地发生时故障 线路零序电流的异常增大，通过采集各条线路上零序电流的基波或高次谐波分量，对比电流特征量的变化来进行选线的。这种选线原理在系统线路结构复杂（有架 空线路和电缆线路）、对地电容电流差异较大，以及测量装置精度误差和相移等 因素的影响下，选线效果本省并不理想。 当系统经消弧线圈接地后，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路的零序电流 趋近于零，与非故障线路的电流特征无明显差异，导致这些依据传统选线理论的 装置失去了基本的选线条件，选线结果呈现非常不准确的状况。例如某些变电站 安装了小电流选线装置，单相接地发生后，要么就不能进行选线，要么选出的线 路是错误的，没有任何参考价值。经调研，国内中性点安装了消弧线圈的系统， 几乎传统的选线装置都不准确，基本上处于闲置状态，因此，如何解决消弧线圈 系统的选线问题是一个世界性的难题。 2、并联中电阻选线的优点 并联中电阻选线的基本原理是通过对并联电阻的投退控制，短时且有限的增 加零序电流的有功分量，使得故障线路与非故障线路上的零序电流出现明显的特 征差异，然后通过独特的计算方法，准确的识别故障线路，达到选线的目的。接 线原理图如图1所示： 动作原理：消弧线圈中心控制屏采集中性点电压和电流值，计算出系统的容 性电流，当系统发生单相接地故障，中性点电压达到动作门槛值，启动消弧线圈 补偿，补偿5秒后故障未消除，延时投入小电阻空气开关1K、2K，小电阻投入后，系统的零序电流值增大，达到馈线的零序保护动作值，切除故障，实现故障隔离，为确保小电阻投入后故障能快速隔离，一般采用投入延时退出功能。 统计某地区近两年的小电流选线情况，选线正确率不足80%，对供电可靠性 产生较大影响：比如采集的中性点电压太小，从而无法显示系统电容值，是造成 不能补偿的主要原因；或者消弧装置电源插件容易损坏，是造成无法发出接地告 警及正确选线的主要原因。该方法针对单相瞬时接地故障，预先调节消弧线圈 1LP、2LP的零延时补偿，将故障消除；对于单相永久性接地故障，装置通过延时 投入并联中电阻1ZR、2ZR进行故障线路判别，通过增大零序电流从而实现馈线 的零序保护动作跳闸，隔离故障。 经过理论和大量实践的验证，该方法选线准确率极高，同时可以抑制中性点 电压，无需准确判断零序CT的极性，具有很高的实用价值。该方法，综合了中 性点谐振接地和电阻接地两种接地方式的优点。既保持了电阻接地可以准确选线 的优点，又可以减少接地点残流，限制弧光接地过电压，确保系统单相接地之后
小电阻接地系统接地故障综合保护方案
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，１０ｋＶ系统的零序电流整定值一般为４０Ａ， 耐受过渡电阻不超过１３５Ω。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
配网小电阻接地零序保护可靠性提升策略探讨
配网小电阻接地零序保护可靠性提升策略探讨 为大家收集的配网小电阻接地零序保护可靠性提升策略探讨作文，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。 配网小电阻接地零序保护可靠性提升策略探讨 1 1.通过专用零序电流互感器实现 每路出线安装伏安特性良好的穿缆式零序电流互感器。安装时要注意电缆终端头接地线的正确安装，从零序CT上端引出的电缆接地线要回穿零序CT。 该方式不存在不平衡电流，零序保护的灵敏度高。 2.利用三相电流互感器组成的零序电流过滤器实现 利用三相电流互感器组成零序电流滤过器，这种方式存在不平衡电流，继电保护装置整定时需要躲过最大不平衡电流。因此，当发生高阻接地故障时，影响灵敏度。如图2。 3.微机保护自产 由微机保护采集三相电流，然后通过软件计算取得零序电流，实现单相接地零序保护。 不属于微机保护自产零序，按工作原理仍属于由三相电流互感器组成的零序电流滤过器产生零序电流。 4.不同零序电流产生方式构成的零序保护比较 电缆头和ZNO避雷器是故障率较高的两个元件。采用由零序
CT1构成零序保护时，电缆头和ZNO避雷器故障属于母线范围的故障，由零序CT2构成的零序保护跳主变两侧开关DL1和DL2，扩大了停电范围。 当采用CT3组成的零序电流滤过器或由微机保护自产零序电流来实现零序保护时，电缆头和ZNO避雷器的故障由保护装置只跳开DL3开关即可切除。 5、预防发生高阻接地的措施 采用CT3构成零序保护时，保护装置需要按躲过最大不平衡电流整定，因此当发生高阻接地时，可能保护装置的灵敏度不足。建议采取以下措施减少发生高阻接地故障的概率： （1）不用架空线，石油化工装置很容易做到。 （2）选用金属铠装电缆，石油化工装置也很容易做到。 6、提高高阻接地故障保护灵敏度的措施 建议提高选择低电阻的电流来提高高阻接地故障保护灵敏度。石油化工装置目前主流按400A或600A选择低电阻的阻值。建议再提高一点，按DL/T584-2017标准选取：10kV~35kV低电阻接地系统中接地电阻宜取5~30Ω，单相接地故障时零序电流以1000A 左右为宜。 配网小电阻接地零序保护可靠性提升策略探讨 2 电阻器(Resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个
小电流接地系统
小电流接地系统的概述 在中性点非直接接地电网中通常有以下三种方式，即中性点不接地方式；经消弧线圈接地方式；经电阻接地方式，此类系统在发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压基本保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许再继续运行1～2 能会发展为绝缘破坏、两相短路，弧光放电，引起全系统过电压。为了防止故障的进一步扩大，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。 因此，在单相接地时，一般只要求选择性地发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。 另外一种情况是，当中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。为此，我国采取的措施是：当各级电压电网单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值(35kV电网为10A，10kV电网为20A，3～6kV电网为30A)，就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流来补偿接地故障时的容性电流，就可以减少流经故障点的电流，以致自动熄弧，保证继续供电。 该接地方式因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置动作情况复杂，寻找故障点比较难。消弧线圈采用无载分接开关，靠人工凭经验操作比较难实现过补偿。消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压，给继电保护的功能实现增加了困难。 所以当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。中性点经电阻接地的方式有高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式。这三种电阻接地方式各有优缺点，要根据具体情况选定。 三种接地方法的特点 1 中性点不接地系统的特点： ①在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。 ②在非故障相的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向出线，即零序电流超前零序电压90°。 ③在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，即零序电压超前零序电流90°。 2 中性点经消弧线圈接地系统的特点： ①当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线路的零序电流都是本身的电容电
10kV低阻接地系统的曲折变零序电流保护方案
10 kV低阻接地系统的曲折变零序电流保 护方案 为了抑制单相接地时产生的过电压幅值，某些大城市的10 kV电网开始采用低阻接地的接线方式。本文分析了经接地变压器低阻接地方式的城市变电所中，其10 kV母线不同位置接地时的零序电流流向以及接地变压器的零序保护逻辑方案，提出采用零序电流方向保护作为主变压器低压侧为双分支接线方式的接地变压器零序保护，使保护具有选择性，从而提高了对用户供电的可靠性。 1、引言随着电力负荷的迅速增长，城市电网建设正如日中天。由于城市电网规模不断地扩建和延伸，受城区规划、环保和场地等条件制约，市区变电所越来越多地采用电缆馈线，以致10 kV系统单相对地电容电流大幅度增加。为抑制单相接地时产生的过电压幅值，一些大城市的10 kV电网开始采用低阻接地(接地故障电流约为400～600 A)接线方式，以便当10 kV系统发生接地时，根据接地点所在位置，由相应零序保护有选择性动作将接地故障隔离，以防电弧重燃引发过电压，保证电网中健全设备安全供电。通常城市变电所主变压器(以下简称“主变”)10 kV侧为三角形接线，无中性点引出，为能形成人为中性点经小电阻接地，需配置ZN型接线的接地变压器(以下简称
“曲折变”)。本文就城市电网10 kV低阻接地系统中曲折变零序保护接线方案作些探讨。讨论所依据的主接线图中曲折变和所用变压器分别设置，以减少曲折变的停电几率，保证10 kV接地系统稳定运行；并假定系统发生金属性直接接地，各相参数对称；同时忽略电缆馈线的电阻和绝缘泄漏电阻，接地故障时仅计及各段10 kV系统单相等效电容对接地电流的影响。 2、110 kV变电所中的曲折变零序保护2．1110 kV变电所的10 kV电气主接线110 kV变电所的10 kV电气主接线通常采用图1单母线四分段接线，＃1、＃3主变低压侧不带分支直接接于10 kV母线，＃2主变低压侧带双分支各接一段10 kV母线。每台主变10 kV引线上各设置1台曲折变用于引接接地电阻。 2．2曲折变零序保护方案曲折变的零序保护用于10 kV系统单相接地保护，按图1中主变10 kV侧接线方式，可分为单分支进线的曲折变零序保护和双分支进线的曲折变零序保护两种方案。2．2．1单分支进线的曲折变零序保护方案单分支进线的曲折变只需装设零序过电流保护，保护由接于曲折变中性线电流互感器的过流继电器构成，其动作时限应考虑与10 kV馈线的零序过流保护相配合，保护动作后以较短时限跳开10 kV分段断路器，并闭锁备用电源自动投入装置；第二时限跳开主变低压侧断路器(根据实际情况也