10kV可控電阻接地系統接地變零序電流保護若干問題的研究

中山供電局的研究人員江清楷、何欣欣，在2019年第9期《電氣技術》雜誌上撰文指出，10kV可控電阻接地系統具有瞬時性接地快速滅弧、可靠切除永久性故障的優點，已得到廣泛的應用。本文就可控電阻接地系統接地變零序電流保護的若干問題進行了研究，並提出了相應良好的解決方案。

為克服10kV系統中性點經消弧線圈接地選線準確率不高、經小電阻接地跳閘率高的弊端，目前廣東電網正廣泛開展10kV系統中性點改造工程，採用可控電阻接地系統，即中性點經消弧線圈並聯小電阻接地。該系統可在瞬時接地時用消弧線圈滅弧，消除故障；也可自行檢出永久性故障，投入小電阻以利用其特性切除故障，縮短電網故障運行時間，進一步減少處理過程中的相間短路事故，保證設備、線路的安全。

但若10kV線路零序保護拒動，則可能導致10kV接地變保護越級動作，造成整段母線甚至全站失壓。因此，合理的保護配置以及相關保護的正確整定對可控電阻接地系統的安全穩定運行具有重要意義。

1 接地變零序電流保護的選用

可將10kV接地變零序保護分為高壓側零序電流保護和低壓側零序電流保護兩類。目前接地變零序電流保護一般指整定高壓側零序電流保護，取兩段保護，即第一時限跳分段隔離故障，第二時限跳變低閉鎖10kV備自投，來作為10kV母線單相接地保護以及10kV出線單相接地後備保護。其零序保護可選用的零序CT有開關側零序CT和小電阻側零序CT，如圖1所示。

兩者各有優缺點：①若取開關側零序CT，則接地變迴路將失去單相接地保護，零序電流保護存在死區，當接地變迴路（圖1 K1點）發生單相接地故障時，高壓側零序電流保護將無法動作，此時只能由接地變過流保護隔離故障，存在靈敏度不足的問題；②若取中性點接地小電阻側零序CT，可以消除零序電流保護死區，但存在接地變迴路發生單相接地故障時高壓側零序電流保護誤跳分段、主變變低的可能，這將造成10kV整段母線甚至全站失壓，擴大事故的影響範圍。

為既能消除零序電流保護死區，又能防止零序電流保護誤動、防止擴大事故影響範圍，有必要引入接地變低壓側零序電流保護作為接地變迴路單相接地保護。其中，高壓側零序電流保護的零序電流取自開關側零序CT，取兩段保護，即第一時限動作於跳分段開關，第二時限動作於跳主變變低（專用接地變）、閉鎖10kV備自投；低壓側零序電流保護的零序電流取自中性點接地電阻側零序CT，取一段保護，動作於跳接地變高壓側開關，動作時間與高壓側零序電流保護相配合，主要用於排除接地變迴路的單相接地故障。

圖1 電氣主接線圖

2 接地變相間保護與接地保護定值的配合

對於可控電阻接地系統，接地變迴路區外發生單相接地故障，接地變變高開關CT三相將流過大小相等、方向相同的零序電流，即流過中性點的零序電流為流過開關CT各相電流的3倍。若接地變相過流保護定值整定過小，10kV系統發生單相接地短路而線路保護拒動，則接地變相過流保護將在零序過流保護動作跳開主變變低開關之前切除接地變開關，10kV系統成為不接地系統，有可能導致系統發生間歇性弧隙過電壓，危害系統的正常運行。因而，對接地變相過流保護定值應躲過10kV系統發生單相接地時的最大零序電流。

假設中性點小電阻R的阻值為16Ω，忽略接地變迴路的零序阻抗，則接地變相過流保護定值可取為

（1）

3 兩回線同相接地對接地變零序電流保護的影響

在可控電阻接地系統中，兩回線同相發生經過渡電阻接地故障時，各自饋線所產生的零序電流可能少於整定值，但受並聯作用影響，接地變中性點零序CT感受到的零序電流為兩饋線零序電流的疊加，這將可能導致接地變零序電流保護誤動。接地變零序電流保護定值應保證經電阻單相接地故障時有足夠的靈敏度，可靠躲過線路的電容電流，並且還應可靠避免出現兩饋線同相故障時靈敏度過大的問題，取值應與饋線零序電流保護定值相配合。

當前，有些電網將10kV線路零序電流保護定值一次值整定為60A，接地變零序電流保護定值一次值整定為75A，該定值並未躲過兩回線同相發生接地故障的影響。因接地變零序電流保護誤動影響較大，可能導致10kV母線失壓，影響供電可靠性，故應當適當提高接地變零序電流保護定值，以避免受到兩回線同相同時故障的影響。

4 接地變零序電流保護聯跳主變變低問題的探討

接地變零序電流保護動作聯跳變低將導致10kV一段母線甚至全站失壓（並列運行時），因而有必要探討接地變迴路是否需聯跳主變變低的問題。根據GB/T 50064—2014標準的3.1.3條中性點不接地方式應符合下列規定：不直接連接發電機、由電纜線路構成的6～20kV系統，當單相接地故障電容電流不大於10A時，可採用中性點不接地方式；當大於10A又需要在接地故障條件下運行時，宜採用中性點諧振接地方式。

對於城區電網以電纜出線為主、接地電容電流不大於10A的10kV系統來講，當採用純小電阻接地時，可以考慮對接地變零序電流保護只整定一段，跳接地變高壓側開關，而不需聯跳分段和主變變低開關，此時10kV系統變成了不接地系統，可通過輪切10kV線路來隔離故障，這樣可以大大提高供電可靠性；而對於接地電容電流大於10A的小電阻系統來講，為防止間歇性電弧引起過電壓擴大事故影響範圍，給系統造成更大的危害，零序過流保護需聯跳主變變低開關。

對於可控電阻成套接地系統，為克服接地變零序電流保護不聯跳主變變低開關可能導致因接地電容電流過大而引起的間歇性弧隙過電壓、聯跳接地變主變變低導致10kV母線失壓而影響供電可靠性的弊端，可考慮設計聯跳接地變中性點小電阻高壓真空接觸器迴路。當接地變高壓側零序電流保護動作時，將小電阻切除，此時系統將成為消弧接地系統，可以繼續運行1～2h。

調度監控人員可以根據是否收到某一10kV線路保護動作信號來選擇是否試切該線路：若10kV開關故障無法跳開，則可按消弧接地系統10kV線路單相接地開關拒動處理方案解決；若監控未收到10kV線路保護動作信號，其原因可能是10kV線路零序保護拒動或10kV母線接地，則可通過輪切10kV線路來隔離故障線路；若輪切完所有10kV線路後接地信號仍未消失，則可判定10kV母線接地，此時可根據實際情況選擇先轉移10kV負荷後、再切主變變低開關，或者直接切主變變低開關。

該方案的優點是，可以解決因10kV線路保護拒動（如定值整定錯誤、零序電流採樣錯誤、保護跳閘出口迴路斷線等）而導致接地變保護越級跳變低造成10kV母線失壓的問題。缺點是可能需要輪切10kV線路，影響供電可靠性，同時增加調控人員的工作量，但相比于越級跳變低而導致母線失壓來說，故障影響範圍已經大大縮小。

總結

10kV可控電阻接地系統因其顯著的優點，已成為廣東電網10kV系統的主流接地方式。考慮到可控電阻接地系統接地變零序電流保護誤動影響較大，本文分析了接地變零序電流保護的若干問題，並針對各個問題提出了相應的良好的解決方案。

1）針對接地變零序電流保護的選用，本文提出引入接地變低壓側零序電流保護，以消除保護死區或防止保護誤動。2）針對接地變相間保護需與接地保護定值相配合的問題，本文給出了相應的相間保護整定計算公式。3）針對兩回線同相、同時發生故障的問題，本文提出應適當提高接地變零序電流保護定值，以防止保護誤動。4）針對接地變保護聯跳主變變低的問題，本文提出可在接地變高壓側零序電流保護動作時將小電阻切除，以解決接地變保護越級跳變低而導致10kV母線失壓的問題。