10kV小电阻接地系统特殊问题研究
电力系统10kV配电网接地方式探讨
电力系统10kV配电网接地方式探讨摘要：在电力系统中，10kV配电网中性点接地是一个综合性的问题，它涉及到的范围非常之广，而且在电力系统的设计与运行中，扮演着非常重要的角色。
目前，我国主要采用三种中性点接地方式：中性点不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地。
关键词：电力系统；10kV；配电网；接地方式引言中性点不接地方式的主要特点是结构简单、投资较少。
发生单相接地故障时，故障相电压降为零，非故障相电压升高1.732倍，流经故障点的电流是全系统对地电容电流。
系统对地电容较小时，故障电流较小，系统可继续运行1～2h。
中性点不接地系统的根本弱点在于中性点绝缘，电网对地电容储存的能量没有释放通道，弧光接地时易产生间歇性电弧过电压，对绝缘危害很大，同时容易引发铁磁谐振。
因此该方式不能适应配电网发展，已逐渐被经消弧线圈接地和经小电阻接地方式取代。
经消弧线圈接地方式需要通过接地变压器提供中性点。
为避免出现谐振过电压，消弧线圈一般运行在过补偿状态。
发生单相接地故障时，故障电流仅为补偿后的残余电流，可抑制电弧重燃，减少间歇性电弧过电压出现概率。
故障后可持续运行一段时间，但在接地期间绝缘薄弱环节可能被击穿。
目前，我国大部分地区10kV配电网均采用经消弧线圈接地方式。
1经消弧线圈接地系统中的主要问题在市区供电公司10kV配电网中，约有80%为中性点经消弧线圈接地系统，20%为中性点不接地系统，未来将全部改造为中性点经消弧线圈接地系统。
在经消弧线圈接地系统的运行维护中，主要面临以下几方面的问题：第一，少数变电站10kV母线电容电流过大，超过100A，消弧线圈长期欠补偿运行，发生线路单相接地后消弧线圈容量无法完全补偿电容电流；第二，部分10kV母线全部为电缆出线或以电缆出线为主，且电缆沟运行环境普遍恶劣，电缆绝缘水平降低。
线路单相接地后系统中性点电压升高，容易引起电缆沟内电缆绝缘击穿，甚至演变成同沟多起电缆事故，扩大事故范围；第三，部分变电站接地选线装置应用效果不理想，仍然要依靠线路轮切查找接地线路。
10kV小电阻接地系统的参数特点及其短路计算
6317 - j6199
7117 - j5173 250 250
0199 Uφ 1170 Uφ 11735 Uφ 01986 , - 0103 7215 - j413 7113 - j614
- j260
8 - j25817 7017
Uφ 1174 Uφ 1174 Uφ 1101 , - 01005 88 - j25713 716 - j25914
小电阻接地系统的分析计算在有关手册及参考 书中均未做深入的研究 , 本文尝试在这方面进行一 些分析探讨 。
收稿日期 : 1999204223
1 单相接地故障的对称分量法计算
对电力系统的不对称故障的计算 , 通常采用对
称分量法 , 单相接地故障时简化计算过程如下 :
L1 相接地时 , 其各序的网络方程如下 :
11
图 1 单相接地故障的复合序网
·
·
所以
·
IL11
=
2
EL1 Z1 +
Z0
,
·
IL1
=
2
3 EL1 Z1 + Z0
.
对非故障相 L2 相可得下列序网络方程 :
·
·
·
EL2 - IL21 Z1 = UL21 ;
·
·
- IL22 Z2 = UL22 ;
·
·
- I0 Z0 = U0 .
可得 L2 相电压 :
当 RN = 20 Ω时 , 则 Z0 = (7117 - j5173) Ω, Z0 / Z1 = 89 ; 当 RN 取更大值时 ,
Z0 / Z1 值还会继续增大 。 通常中性点电阻值大于 10Ω, 所以中性点电阻 接地方式的城市配电网单相接地时零序阻抗和正序
10kV小电阻接地系统配电网的接地故障分析
10kV小电阻接地系统配电网的接地故障分析摘要：以电缆为主体的10kV城市电网，由于电缆线路的对地电容较大，随着线路长度的增加，单相接地电容电流也会增大。
现行经消弧线圈接地的配电网中，为补偿越来越大的接地电容电流，消弧线圈增容改造成本逐渐增大，加上消弧线圈小电流选线困难、过电压水平高等缺点，为保障人身和设备安全，供电局城市配电网开始逐步推广使用小电阻接地系统，其相比于消弧线圈接地系统更加适用。
关键词：小电阻；接地系统；运行方式1中性点接地方式对比分析1.1经消弧线圈接地变电站主变压器10kV侧多为三角形接线方式，当10kV配电网发生单相接地故障时，由于不构成回路，流过故障点的是线路对地电容形成的容性电流，每相对中性点电压及相间的线电压保持不变，整个系统带故障维持运行2h。
系统中性点消弧线圈通过产生电感电流补偿对地的电容电流的方式，使流经故障点的电流保持在10A以下，起到消除接地点电弧的作用，有效提高瞬时接地故障时的供电可靠性。
1.2经小电阻接地系统中性点经小电阻接地，发生单相接地故障时，中性点接地电阻与对地电容会构成并联回路，流经故障线路零序电流很大，通过线路自身零序保护就能快速动作切除故障，不存在选线问题。
由于能快速隔离故障，故障线路相电压升高的时间很短，减少了人身触电风险，绝缘要求也有所下降。
小电阻接地方式中，10kV出线的零序电流互感器只需接入自身线路保护，依靠线路保护自身配置的零序过流或限时速断保护就对线路接地故障有较好的灵敏度，不用配置额外的选线控制器及连接回路。
同时电阻为耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，可有效消除由于各种原因引起的谐振过电压和间歇性接地电弧过电压。
但需要注意的是，中性点采用小电阻接地方式时，故障点的接地电流十分大，故障点附近的跨步电压高达几千伏，如果保护装置没有快速切除故障，容易击穿接地点附近设备的绝缘，引起相间故障或人身事故。
同时，对于瞬时性或永久性的单相接地故障，线路保护均会动作跳闸，跳闸次数会增多，从而影响用户的正常供电。
10kV小电阻接地系统运行方式分析与探讨
２ ）电缆 架空混 合线 路共发 生故 障 ４次 ， 论何 无 种 故障 ，重合 闸均动作 ，如重合 于永 久故 障 ，保 护
再 动作 于跳 闸。
２ 小 电阻接 地 系统 实 际运行情 况分析
】Ｏ Ｖ 富 豪站 、莲塘站 丁 ２ ０ １ｋ ０ ９年 １ 月进 行 了 １ ｌｋ 小 电阻接地 系统 改造 ，改造后 的一年 半时 间 ， ＯＶ
可以消 除系统 的各种 谐振过 电压 。 ３ ）降低 操作 过 电压 ，中性 点经 小电阻接地 的配
网发 生单相 接地 故障 时，零 序保 护动作 ， 准确 判断 可 并快速 切 除故 障线 路 ，如 果 故障线 路魁 电缆线 路 ，
ｌ 接地 方 式的分析
１１ 消弧 线 圈接 地方 式 ．
中性 点经消 弧线 圈接 地运行 方 式是利 用 消弧线 的感 性 电流对 电网的对 地 电容 电流进 行补偿 ，使 单 相接 地故 障 电流小于 １ Ａ，从而 使故 障点 电弧 呵 ０ 以 自熄 ，故障 点绝缘 可 以 自行 恢复 。单相 接地 时 不 破坏系 统对称 性 ，可 以带故 障运 行一段 时 问。 对 以电缆线 路为主 的城 市配 网 ， 电容 电流很大 ， 很难保 证 既使残 余接地 电流 小于 １ Ａ，又保 证 中性 ０ 点位 移 电压不超 过 规程 允许值 这两 个相 互制 约 的条
近年 来 ，随着 城市 经济 的迅速 发展 ，一些大 城
市新 发展 的 １ Ｖ配 电网主要采 用地 下电缆 ，使 对 ０ｋ 地 电容 电流大 大增 加 ，如 果采用 消弧 线 接地 ，则 需要 较大 的补 偿容量 。 中山供 电局在 ２ ０ ０ ９年 的技 改 项 目中 ，对 ５座城 区变 电站进 行 了 １ｋ 小 电阻接 ０Ｖ 地 系统 改造 ，本 文将对 其 中两座 变 电站在 一年 半 内 的实际运 行情 况 进行 分析 ；并 从运行 人 员的 角度 ， 深 入探 讨 １ ｋ ０ Ｖ小 电 阻接 地 系统 的运 行注 意事 项 。
一起因10kV母线P 故障导致小电阻接地变电站主变差动保护动作案例分析
新站验收
问题
小电阻接地的特殊性了解少
பைடு நூலகம்
措施
维护与事故处理预案汇编成册
邀请厂家讲解
回路设计
成立专家小组
定值问题
专家技术大讲堂
关注定值
授课结束
谢谢大家！
电流的相量和
110kV
I1
差流=ሶ +ሶ =0
I2
10kV
某110kV变电站主接线图
110kV
10kV
某110kV变电站主接线图
110kV
差流≠0
10kV
接地变经小电阻接地
差动电流的产生
差动保护动作
特殊
回顾 事故经过
分析 事故根源 —— 追根溯源
Contents
反思 剖析自身
修改定值没有深究原因
审核把关不严
保护装置选型问题
有则改之无则加勉
回顾 事故经过
分析 事故根源
Contents
反思 剖析自身
探索 改进措施 —— 正正衣冠
特殊的接地方式
措施
增加关注度
维护与事故处理预案
汇编成册
邀请厂家进行讲解
回路设计
定值问题
措施
措施
成立专家小组
应用
专家技术大讲堂
关注定值
一起因10kV母线PT故障导致小电阻接地
变电站主变差动保护动作案例分析
回顾 事故经过 —— 还原现场
分析 事故根源
Contents
反思 剖析自身
探索 改进措施
某110kV变电站主接线图
110kV
差动保护动作
10kV
接地故障
原理：比较被保护设备各侧电流的相位和数值大小
10kV小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施
Telecom Power Technology设计应用小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施郝会锋（广东电网汕头濠江供电局，广东汕头随着我国配电网自动化水平不断提高，配电网故障的快速预防和处理技术应用变得越来越普遍。
由于我国的配电网覆盖面广，所以配电网故障率也相应较高，其中80%以上都为单相接地故障。
随着城市电缆配网规模的日益扩大，中性点经小电阻接地方式因其可以有效抑制过电压而变得越来越普遍。
但在这种接地方式下，金属性接地短路可能将产生较大的零序电流，从而会导致断路器跳闸，这严重影响了电力系统的安全稳定运行。
为研究小电阻接地系统电缆线路发生单相金属性接地短路的基本规律，介绍了某供电企业电缆小电阻接地方式下的两起金属性单相接地故障，分析了故障发生后的处理过程和可能导致故障产生的原因，最后给出预防性建议，从而加强了配电电缆线路；配电网；短路故障分析；单相短路；金属性接地Analysis of Single Phase Ground Fault in 10 kV Low-resistance GroundingSystem and CountermeasuresHAO Hui-fengShantou Haojiang Power Supply Bureau of Guangdong Power GridTelecom Power Technology经小电阻接地，此举的目的是保证中性点电压不发生偏移，所以当发生单相接地故障时，非故障相电压不倍相电压，从而降低了系统的绝缘设备而对于电缆线路而言，由于电缆线路的电抗小于架空线路，所以其载流容量较大，且电缆线路的最，因此，电倍额定电压的情况下稳定可靠工作。
因此，为了保证电缆线路的安全性，我国部分10 kV 配电网电缆线路也会采用大电流接地的方式。
本文所电缆线路对应母线在中性点不接地系统方式下，单相接地故障的后各电气分量变化情况。
具体分析如下。
图意图。
健全线路的三相对地分布电容；障线路的三相对地分布电容；为母线。
10kV小电流接地系统接地故障处理及分析
率 。
接入电容器组 电流 回路 ，导致 消弧 装置不 能选 出故 障电容 器
２ 事故 发 生 情 况 及 分 析
组 ，无法正确发出跳 闸信号 ，导致消弧装置不断在补偿 １０ ｋＶ＃
２．１ 事故发 生情况
２电容 器 组 间隔 接 地 时 产 生 的 容 性 电 流 ，当 超 过 补 偿 时 间 １０ｓ
结 合 以往 运 行 经 验 ，以下 原 因 可 能 导致 “消 弧 装 置 异 常 ”告 安全稳定有着重要 的意义 。本次事故中 ，是 因为 消弧 装置没有
警 ：①装 置本 身发生 故障 。②信 号 回路 缺陷 ，导致误 发信 。③ 接入 电容器 回路 ，导致 １０ ｋＶ＃１电容器组间隔接地 时消弧装置
技术研 发
ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ
１ ０ ｋＶ小 电流 接 地 系统 接 地 故 障 处 理 及 分 析
周鹛威
（广 东电网有 限责任 公 司 东ｌ莞供 电局 ，广 东 东莞 ５２３０００）
摘 要 ：我局 １０ ｋＶ系统 目前采用的 中性点接地 方式主要有经消弧线圈接地和经 小电阻接地两种 方式。选择 中性点接地 方式应考虑的主要 因素有 ：供 电可靠性与故障范 围；绝缘水平 与绝缘配合 ；对 系统稳 定的影响 ；对继 电保护 的影 响；对通 信 与 信 号 系统 的 干扰 。 总体 上 我 局 ｌＯ ｋＶ接 地 系统 的 匹配 原 则 主要 是 全 电缆 系统 匹配 小 电 阻接 地 ，架 空 线 系统 匹配 消 弧 线 圈接地的方式 ，以满足供 电可靠性及保护速动性的要求。 以一起 １０ ｋＶ小 电流接地 系统接地故障 实例 ，探讨 １Ｏ ｋＶ小 电流 接 地 系统接 地 故 障 处理 及 分 析 方 法 。 关 键 词 ：地 接 系统 ；消弧 线 圈 ；小 电流 接 地 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１４．１２．１２３
10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式
10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式初探摘要: 10kv 配电网中性点通常可分为不接地系统、经电阻接地系统和经消弧线圈接地系统。
本文主要介绍10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式的构成、保护方式和计量方式。
关键词: 10kv 配电网中性点接地方式小电阻接地1引言10kv 配电网中性点通常可分为不接地系统、经电阻接地系统和经消弧线圈接地系统。
由于选择接地方式是一个涉及线路和设备的绝缘水平、通讯干扰、继电保护和供电网络安全可靠等因素的综合性问题, 所以我国配电网和大型工矿企业的供电系统做法各异。
以前, 10kv 架空电力线路大都采用中性点不接地和经消弧线圈接地的运行方式。
近年来随着10kv 系统规模的扩大和电缆应用的普及, 一些城市电网大力推广电阻接地的运行方式, 使得10kv 系统的中性点接地方式、中性点选择、计量方式、继电保护配置与10kv绝缘系统有了很大区别。
2配电网中性点接地方式运用现状一般架空线路的小电网, 网络电容电流小, 可选用中性点不接地系统。
架空线路的大电网, 网络电容电流较大, 可选用中性点经消弧线圈接地系统。
城市电缆配电网, 网络结构较好, 可选用中性点经中值或低值电阻器接地系统。
若要求补偿网络电容电流限制接地故障入地电流, 还可选用中性点经中值电阻器与消弧线圈并联的接地方式。
3中性点经电阻接地方式定义及阻值选择( 1) 定义: 电力系统中性点通过一电阻接地, 其单相接地时的电阻电流被限制到等于或略大于系统总电容充电电流值。
此种接线方式属于中性点有效接地系统,即大电流接地系统。
和消弧线圈接地方式相比, 改变了接地电流相位, 加速泄放回路中的残余负荷, 促使接地电弧自熄, 降低弧光过电压, 同时提供足够的零序电流和零序电压, 加速切除故障线路。
( 2) 中性点电阻值的选择根据有关文献资料, 从降低内部过电压考虑, 根据计算机模拟计算, 选择原则为rn ≦1/ ( 3c) 。
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摘要：提出了10 kV小电阻接地系统的系统模型和节点电压方程，根据该模型分析了该系统线路对地电容参数不对称所引起的流过接地变压器中性点的零序电流的变化规律。
分析了高压侧出现单相接地故障对低压侧的影响情况，分析了变电所接地网接地不良所产生的接地变压器中性点零序电压升高的情况，并通过仿真算例证实了参数不对称和接地不良可能导致接地变压器零序电流保护误动的结论。
关键词：小电阻接地；接地网；参数不对称；零序电流保护；节点电位法
1引言
近年来，随着城市建设和供电业务的迅速发展，一些大城市新发展的10 kV配电网主要采用地下电缆，使对地电容电流大大增加。
如果采用消弧线圈接地，则需要较大的补偿容量，而且要配置多台。
10kV配电网线路在运行中操作较多，消弧线圈的分接头及时调整有困难，容易出现谐振过电压现象。
因此我国许多大城市10 kV配电网采用了中性点经小电阻接地方式来解决这一问题。
10 kV中性点小电阻接地方式在我国投入运行时间不长，许多问题尚未进行深入研究。
本文就小电阻接地系统运行中可能出现的电缆对地电容参数不对称及变电所接地网不良所带来的问题进行了研究。
210 kV小电阻接地系统线路参数不对称产生的问题
2．1系统模型
目前，由于10 kV中性点小电阻接地系统主变压器10 kV侧一般采用三角形接线，中性点须采用一台接地变压器来实现，故建立10 kV小电阻接地系统电网模型如图1所示。
其中，出线对地等效三相电容阻抗值，型接地变压器三相等值阻抗；为系统等值三相电势源，Z ab、Z bc、Z ca分别为其三相
电源等效内阻，R为接地电阻。
2．2节点电压方程
对以上建立的10kV小电阻接地系统的网络模型，采用节点电位法进行分析，选择节点
5作为参考节点，节点方程为：
根据U4的表达式，对各种不对称情况作如下分析。
（1）当，即Z型变压器三相阻抗对称，且10 kV出线三相等效对地电容对称，等效电源内阻相等。
此时有：Y14＝Y34＝－Y24，因此可得：U R＝U4＝0，即无论三角形接法的电源侧出现何种不对称情况，均不会导致小电阻流过零序电流。
（2）当Z型变压器三相阻抗、10 kV出线三相等效对地电容、等效电源内阻中有一个参数不对称时，U4≠0，小电阻上将产生零序电流。
因电缆线路某相绝缘发生老化（但未击穿），与其他两相产生不对称，或在施工过程中，由于施工人员没有严格按照规程操作，将杂质混入电缆接头处，这同样也会给电缆参数不对称造成隐患，故线路参数不对称的可能性最大，下面以线路参数不对称为例进行分析。
设A相对地电容参数不对称，不对称系数为K，定义K为：
其中Z a为对称时A相的标准参数；Z″a为不对称时A相的实际参数。
很显然，K的取值越大，不对称程度越厉害。
其中：I R为流过接地变压器中性点的零序电流，K′为系统阻抗参数及不对称系数K的函数。
由式（4）、（6）和（7）可以推出下列结论：
1）｜K′｜为K的单调递增函数，随着K的增大而增大。
当K＝1时，即发生单相接地故障时，｜K′｜达到最大值；当K＝0时即三相对称时｜K′｜为零。
也就是说不对称度越大，｜K′｜值越大。
因而由上述I R的表达式可知，不对称度越大，小电阻上零序电流越大。
2）线路对地电容参数不对称时，将导致接地变压器中性点出现零序电压。
不对称越严重，零序电压越高。
3）当高压侧正常对称运行时：｜ΔE｜＝｜E ab－,高压侧出现单相接地故障时：｜ΔE｜＝(取决于高压侧哪一相故障）［1］。
即：｜ΔE′｜≤｜ΔE｜，所以，线路参数不对称情况下高压侧接地故障不会导致低压侧零序电流的进一步增加。
4）对于其他各种参数不对称的情况，均可得到与以上分析相类似的结论。
2．3参数不对称产生的问题
由于参数不对称会使小电阻上产生零序电流，且零序电流随着不对称度的增大而增大，所以当不对称度增大到一定程度的时候，达到接地变压器零序电流保护的整定值，将导致接地变压器零序电流保护误动。
3接地网接地不良产生的问题
10 kV小电阻接地系统变压器高压侧中性点一般直接接地，当接地网接地不良时，高压侧任何形式的接地短路故障都会引起地电网电位的升高，从而影响10 kV侧的正常电压。
特别是10 kV小电阻接地系统线路参数不对称时，由于相电压的升高，将进一步增大小电阻上的零序电流。
下面结合实例来分析。
如图2所示，主变压器高压侧110 kV中性点直接接地，低压侧10 kV中性点经电阻接地，它们都与变电站的地网相连。
接地网接地电阻为R j。
当110kV侧单相接地时，通过接地网的短路电流I d使地网电位升高至U j：
U j作用于10 kV侧回路，使10 kV侧电网相对理想地的电压升高，即加在对地电容上的电压升高。
此时如果线路参数不对称，小电阻上将有零序电流产生，相电压的升高进一步增大小电阻上的零序电流。
如2．3所述，此时接地变压器零序电流保护误动的几率将会加大。
4现场数据仿真
某变电站110 kV中性点直接接地，10 kV侧经接地变压器中性点串小电阻接地，接地电阻为16Ω，接地变压器零序阻抗为4．4Ω，10 kV侧线路对地电容阻抗为101Ω，接地变压器零序电流保护整定值为55 A。
根据实际参数，取不同的不对称系数K的值，得出线路参数不对称时产生的流经中性点的电流I R随自变量K变化的曲线，如图3所示。
考虑接地网接地不良时，接地网电阻取为0．5Ω，根据不同的高压侧短路电流及K值得到一组流经中性点的电流I R的曲线，如图4所示。
图中均为接地变压器零序电流保护整定值。
从以上仿真曲线可以看出，随着不对称系数的增加，接地变压器中性点电流增加。
仅仅线路对地电容阻抗不对称时，当不对称系数K达到0．55左右时，接地变压器零序电流达到保护整定值，接地变压器零序电流保护将误动。
如果变电所接地网不好，线路对地电容阻抗又不对称，接地变压器零序电流达到保护整定值时的不对称系数K明显减小，且高压侧短路电流越大，K值越小。
仿真结果很好地验证了前面的分析。
5结语
10 kV中性点小电阻接地方式在我国投入运行时间不长，许多问题尚未进行深入研究。
线路参数不对称会产生流过接地变压器中性点的零序电流，变电所接地网接地不良会导致接地变压器中性点零序电压加大。
线路参数不对称达到一定的程度或两个因素的同时存在
将引起接地变压器零序电流保护误动。
因此对电缆线路参数的对称性及变电所接地网接地的完好性进行监测是保证小电阻接地系统安全运行的重要措施。
参考文献
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