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

谢国健

广东电网有限责任公司湛江供电局 广东省 524000

摘要：为解决低阻接地系统中，对于部分接地故障类型的灵敏度低、检测不充分问题，必须要对单相接地故障电流的特性进行分析。低阻接地系统，针对低延时过流以及多级接地保护阵列，提供了良好的保护配置方案。可利用线路输出与零线间电流幅值的比较，提出科学的接地故障保护动作方案。技术人员可对低电阻接地配电络结构进行建模，以提升接地故障的综合电路保护的可靠性。技术人员要识别低阻接地系统中的周期性故障，同时考察反时限三段保护在故障时，不能运行的原因。以解决中断单相接地故障电流有效值不高，持续时间短的问题。为能将实现这一特点，技术人员提出了动态增量电流判据，建立了动态增量保护方法，并结合了故障保护方案的流程。以提升保护单相接地的周期性短路的问题。

关键词：小电阻；接地系统；故障；保护方案

中图分类号： TM773 文献标识码： A

引言

为解决单相接地故障排除问题，许多中压配电网采用不接地或消弧线圈低接地的方式。对于低阻接地配电网中的故障，有的用电部门采用二次零序保护，方法，原因是其便于进行安装和维护。但该方法易出现保护配置不良、选择性差的问题。并对供电的可靠性的产生影响。通常使用的零序电流保护有一设定值，当线路发生接地故障时，能有效防止接地电容流出。如10 kV系统的零序电流，其一次值为 40 A ，稳定瞬态电阻能不超过 135 欧姆。而在架空线路或架空混合线路中，单相接地故障常随着导体落到地面，其产生接地短路故障占8%左右。故障电流小于零序保护电流，造成火灾或设备损坏等问题。

1小电阻接地系统保护策略研究

小阻接地系统故障研究基本三方面的内容：分析故障特征值及分析方法、解决多线同故障保护问题、解决高电阻接地短路问题。随着电力电缆线路数量增加和改造项目增多，提升电力系统接地保护质量成为当前亟待解决的问题。目前来说，采用定值保护方法比较普遍，它对接收设备要求少，这也是最基础的保护方式。因为电路故障会导致电流增加和电压下降，这是电力系统的基本特征。因此，必须要明确区分故障原因与故障状态。如用零序电流增加变化来确定故障的发生，根据零序功率选择故障线路。零序保护，是母线上零序电压与线路故障电流的比例关系。利用零序电压间接表示结电阻值，零序电压用于补偿线路电流。零序电流补偿与损坏线路接地故障电流的补偿类似，但其补偿值等于零序电阻。如果发生多点接地其保护作用会失效。零序电流在测量值较小时，要测量电压和电流角度，因此难以有效准确判别。该方法都是以恒流恒压，以及故障特性来进行判断故障。但瞬态电流幅度可能是稳态幅度的十倍。因此，明确最大短路电流对于热稳定性更重要。对瞬态电弧进行可接地为故障评估，提供不同类型的检测标准。如采用零序接地故障电流序列检测方法，其可靠性是较高的，但缺点是消噪性差。基于电力的伏安特性，可通过该检测方法实现地瞬态接地故障电阻的检测。并具有抗噪声特性，但对高过渡电阻非线性接地故障会失效。目前，很多接地保护，都是从灵活性和易操作的角度，解决电阻接地和多线同相接的保护问题。

2小电阻接地系统的故障动作相关参数设置

首先是保护动作整定值的设定，要保障线路零序电流的有效性，避免故障出区。零序线路系统不平衡电压，由“线对地”电容决定。其次，最大不平衡零序电流，主要由对地电容参数和零序电流互感器决定。一般情况下，发生故障时，电容器电流相对于线路值要小得多。另外，要考虑不同保护等级的配合，设定时限，这保留了传统过流保护的形式。为了实现保护多点接地故障的识别与动作，提出了多点接地故障集中保护，可将电流倍数与线路相角差比较，以此预测故障线路位置。这种保护方法简单有效，能简化现场操作过程。

3小电阻接地系统不同故障类型保护策略

3.1高阻接地故障保护策略

基于感应电流不平衡的接地故障检测， 在小接地电阻系统中，当发生接地故障，三相电流和故障电流的变化，是由电容电流相位变化引起的。由于故障点电流影响，支路相电流变化最大。要判断支路电流平衡度是否有突变，不平衡度支路是否为接地故障。同时即使高阻接地故障，地支的电流突变和地相仍然较大；且会存在瞬态过程，此时的电流的变化较明显。因此，接地故障和短路可定义为接地后电流不平衡的变化。当采用涌流不平衡法时，要考虑电流的绝对幅值，还要考虑各支路电流的变化，经过暂态分析后，可以提取各支路在接地发生时的暂态突变，其中正常支路的三相电流突变相同，而接地支路的暂态突变不一致，然后再分析分支接地故障和确定相位，结合不平衡度突变最大的支路为接地的故障支路，以此可确定存在高电阻接地故障^[1]。

3.2间歇性电弧接地短路保护策略

目前对于间歇性电弧接地问题，当采用现有的小电阻继电保护策略，发生间歇性弧光接地时，每次弧光接地发生的时间短、间隔密，达不到零序电流过流保护整组动作时间，从而造成保护拒动，接地系统无法实现零序保护，而使其保护失效。因此，针对单次弧光接地时间较短，当长期存在间歇性弧光接地时，可采取故障累积的策略作为间歇性弧光接地的保护判据。其主要判定依据有线路故障时间累积与线路跳闸、小电阻热累积动作与告警延时跳闸。当接地系统发生间歇电弧时，电弧接地的时间持续累积。技术人员要设置保护对零序最大电流的动作时间，其设置的可靠性系数要大于1。过渡保护动作时间大于1时，刚会断开接地故障支路。或是设置低阻热积聚保护参数，设置温升上限值，再根据要求设置报警系数。当设置温度值大于测试值时，要发出温度上升告警信号，表示低阻温升超限

^[2]。

4多线接地保护分析

当线路不同位置发生接地故障时，引时零序电流变不大，产生的接地电流小。因此整定值要小，以提高灵敏度。由于产生的短路电流小，它对快速进行电路保护的要求不高，这为线路保护广泛的使用推广创造了条件。要选择科学的配置方案 为有效排除接地故障后选择性，尽量采用多级保护方案，即干线保护、支路保护、限位保护以及变压器保护。如系统没有限位开关，则可以采用三级差动接地保护。如变压器侧是熔断器，那么发生跳闸的时间可能会更长，并难与零序保护一起工作。为防止过跳闸问题的出现，最好选用负载-熔断器开关组合装置，使开关实现零电流保护。对于开路架空网络，要根据开路系统，在断路器设备的两侧分别设置接地保护。当电力系统工作模式改变，负载转换点开关闭合，接地保护系统将根据新网络进行重新配置。对闭环的电力网络，将接地系统与电路为界，两侧均配置保护。同时要合理设置整定值。对于主开关保护，以及断路器要设有零序或Ⅲ级保护，防止线路最大容性电流出现。一般情况下配电线路的容性电流不超过 20A。当互感器获得零序电流时，保护整定值可根据情况进行调高。因此，除对线路配电变压器实施保护外，其他保护方案已避免了励磁电流的影响，保证其能在接地故障发生时有效动作^[3]。

结束语

本文本提出了综合电路保护方案，用于防止在低电阻接地中的故障。技术人员通过采用多级零序保护，实现了快速、高效排除故障电流的目的。并且无需旁路跳闸，减少了额外的停电范围。取消了使用低延迟接地保护。对于电阻在1200欧及以上的接地故障，可用不同线路零序电流幅值与中性线比较来选择故障线路和进行排除。该方案消除了常规方法选择性低、灵敏度低的局限性，对提高供电可靠性和设备使用安全发挥了重要意义。

参考文献：

[1]叶远波,黄太贵,谢民,贾雅君,魏立新.小电阻接地系统高阻和间歇性弧光接地故障继电保护研究[J].电网与清洁能源,2021,37(09):9-17+26.

[2]周鹏,刘伟博,王交通,陈文献,杜欢,李晨婧,王晓卫.基于综合内积变换的小电阻接地系统高阻故障检测方法[J].电网与清洁能源,2021,37(09):70-76.

[3]牛原. 基于零序电流投影分量比值的小电阻接地系统故障保护方案研究[D].太原理工大学,2021.