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