10kV配电网小电阻接地系统单相接地故障特性研究.pdfVIP

第 3 2卷第 1期 湖南电力 H U N A N E I 正C T R I C P O R 2 0 1 2年 2月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 2 O 1 0 O 6 1 0 k V配电网小电阻接地系统单相接地 故障特性研究 毛柳明 。周恒逸 ( 湖南省 电力公司科 学研究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ) 摘要：随着城市配网的不断扩大，电缆越来越 多地使用 ，致使 配电系统电容电流飞速 增长。近年来，湖南省 开始探索使 用配电网小电阻接地 系统。本文介绍 中性点经小电阻 接地系统的原理，通过现场模拟试验探讨小电阻接地系统中发生单相接地故障时跨步电 压、瞬时系统过电压等关键 问题 。 关键词：小电阻接地 ；跨步电压；过电压 中图分类号：T M 7 2 7 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 2 ) O l 一 0 0 2 0 0 4 S t u d y o n t h e c h a r a c t e r i s t i c o f s i n g l e p h a s e g r o u n d i n g f a u l t f o r 1 0 k V d i s t r i b u t i o n ne t wo r k 、 jI r i t h l o w r e s i s t a n c e n e ut r a l g r o u ndi n g s MAO L i u - rui n g ， Z HO U He n g - y i ( H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a c h I n s t i t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Al o n g wi t h t h e c o n t i nu o u s e x p a n s i o n o f c it y d i s t rib u t i o n n e t wo r k， the i n c r e a s ing u s e o f c a b l e l e d t o t h e r a p i d g r o wt h o f c a p a c i ta n c e c u r r e n t I n r e c e n t y e a r s ， the l o w res i s t a n c e n e u t r a l g r o u n d ing s i n t h e d i s t ri b u ti o n n e two r k h a s b e e n u s ed in Hu na n p o we r s nd Th e p ri n c i p l e o f n e u t r a l g r o u n d ing s y s t e m o f l o w res i s t a n c e i s int r o d u c ed i n t h i s p a p e r Th e k e y p r o b l e ms o f t h e l o w res i s t a n c e n e u t r a l g rou n ding s s y s t e m s u c h a s s t e p v o l t a g e in s i n g l e p h a s e g r o u nd f a u l t a n d ins t a n t a n e o u s o v e r v o h a g e o f th e s y s t e m a r e d i s c u s s e d t h r o u g h fi e l d s i mu l a ti o n t e s t K e y wo r d s ： l o w res is t an c e n e u t r al g r o u n d ing s ； s t e p v o l t a g e； o v e r v o l t a g e 我国的配电网长期以来沿用前苏联的模式 ，中 性点采用传统的小电流接地方式，即中性点不接地 或经消弧线圈接地的方式 。而电网中主变压器低压 侧一般为三角形接法，在这种系统中，当发生单相 接地故障时，线电压三角形仍然保持基本对称，流 过故障点的电流仅为电网对地的电容 电流或经消弧 线圈补偿后的残流 ，一般控制 在 1 0 A 以下 ，对用 户继续工作影响不大，因此这种接地系统在故障情 况下可运行2 h ，而一些瞬时性接地故障能够 自 行 消失，对提高供电可靠性、减少停电事故非常有 效 。 近年来，由于城区配电网电缆及绝缘架空线的 大量使用，配网电容电流急剧增加，使得所配置的 消弧线圈容量越来越大，而且配电线路瞬时I生 故障 越来越少，因此小电流接地方式的优势越来越不明 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 8 2 5 20 显。随之而来的弧光接地过电压过高，小电流选线 困难 ，消弧线圈增容改造投入过大等缺点却 日益凸 显 。因此配电网中性点经小 电阻接地的方式开始在 部分省份广泛使用 ，特别是在绝缘化率较高 、系统 电容电流过大的系统使用。小 电阻接地方式 的优点 是 ：快速切除故障，系统过电压水平低 ，绝缘老化 效应小等 J 。 湖南省近年来 电容 电流增长迅速 ，长沙地 区单 段母线电容电流最高达 1 8 0 A 。为解决消弧线圈容 量不足的问题，在长沙河西先导区 1 0 k V系统率先 采用了小电阻接地方式进行试点。文中针对小 电阻 系统中最为关注的，影响人身及设备安全的跨步电 压、接触电压和瞬态过电压等问题进行了研究，并 通过现场模拟试验 ，得 出了跨步电压的分布趋势和 单相接地故障时系统过电压的情况。 第3 2卷第 1 期 毛柳明等：1 0 k V配电网小电阻接地系统单相接地故障特性研究 2 0 1 2年2月 1 配电网小电阻接地系统简介 中性点经 电阻接地方式是在 中性点与大地之间 接入一定阻值的电阻。而城市配网中性点电阻一般 选择阻值小于 6 0 Q的小电阻，从而控制流过接地 点的电流在 1 0 01 0 0 0 A。该方式可认 为是介于中 性点不接地和直接接地之间的一种接地方式。采用 此种方式，中性点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 弧过 电压保护有一定优越 陛。并且 ，当系统发生单 相接地时，流过接地点的零序电流较大 ( 一般大 于 1 0 0A) ，流过接地点 的电流可以启动零序 电流 保护动作，从而快速切除线路单相故障。因此这种 接地方式具有快速准确选线 、限制谐振过 电压等优 点 。 中性点小电阻接地系统发生单相接地故障时示 意图如图 1所示 J 。 ，E 。 ，E 分别 为三相 电源 电势 ；厶， ，I c分别为流过三相 的电容 电流 ；r ， C分别为各相对地绝缘电阻及对地 电容量 ，通常三 相基本相等，且 r 阻值非常大可以忽略不计；R 为中性点接地电阻 ， 为发生 A相接地故障时的接 触 电阻。 C 图 1 甲性 点 经 电 阻 器接 地 系统 旱 相 接 地 故 陴 示 意 图 根据图 1 ，有 ： 击十 ( 十 j c ) + ( 十 J c ) + ( 了1 + j o J C)+ 1= 0 ( 1 ) ： ( 2 )R 丑 一 二 ， Go- R R r ( 粤 + + j3 oJ R C ) 一 1 + 旦+ 当 + j 3 o J R C I- ) r f N 当发生金属性接地故障时，R很小，近似为 0 ，式 ( 3 ) ，( 4 )可 以简化为 Un =一EA = - em = 每 根据上式 ，在中性点经电阻接地系统中，通过 选取合适的中性点电阻可以控制流过接地点 的零序 电流，湖南省对于小电阻系统选取的电阻值为 1 0 Q，有 2 个方面的意义： ( 1 )发生单相接地故障 时，故障点电流小于6 0 0 A ；( 2 )非故障相的最大 工频谐振过电压数值可以限制在相电压的2 8 倍以 下 。因此 ，1 0 k V城市配 电网中采用小电阻的中性 点接地方式，能够快速切除故障线路，过电压水平 低 ， 谐振过电压发展不起来，因此可以降低系统整 体绝缘水平 。 2 小电阻接地 系统单相接地故障特性 研 究 虽然中性点经小电阻接地方式有许多优点， 但 是发生接地故障时，流过故障点的电流很大，通常 达数百安培，在故障点附近将形成较高的跨步电压 和接触电压，故障瞬间危及故障点附近的人身安 厶( 4 匕 。 因此 ，小电阻接地系统单相接地故障时的跨步 电压、接触电压和系统过电压，是湖南省电力公司 小电阻接地试点项 目中最为关注的问题。为求证上 述问题 ，特选取小 电阻接地系统 中某 1 0 k V线路进 行现场实测，以对其单相接地故障特性进行研究。 实测中故障点设计了2种不同的接地方式，即 单相对横担接地与导线直接对地 ，并测量了 2种故 障时的跨步电压、接触 电压及 系统过电压情况。 采用特制电压互感器测量跨步电压及接触电 压，如图2 所示，采集杆身 1 8 m处与距杆基 1 m 处 间电位差为接触电压 ；以杆基为起点 1 m为间距 采集 4 个点间电位差为跨步电压，并假设距杆基 4 0 m远处为电位零点。使用 H I O K I 3 1 9 6电能测量 分析仪接人电压互感器二次测记录短路时的跨步电 压及接触 电压 。在小电阻接地变三相接人高压分压 2】 2 2 第3 2卷第1 期 毛柳明等：1 0 k V配电网小电阻接地系统单相接地故障特性研究 2 0 1 2 年 2月 靠近塔基 的泥土地面上。本试验重复进行 2次。 2 2 1 直接接地故障下过电压分析 现场模拟线路 B相直接接地时系统过电压情 况见表 3 ，1 0 k V母 线 最高过 电压为 2 0 1倍 ( A 相 ) 。 表 3 模拟线路 B相直接接地时系统过电压统计 2 2 2 直接接地故障下跨步电压分析 直接接地故障下跨步电压的测量数据如表 4 。 跨步电压差衰减曲线如图5 。 表4 单相对横担短路时的跨步电压实测数据 图 5 单相对地直接短路 时的跨步电压差衰减曲线 从试验结果可以看 出，发生单相直接接地故障 时 ，短路点 ( 接地 点) 周 围 1 m跨度 的 电位差 高 达 5 3 3 4 6 k V，接近 1 0 k V系统相 电压 ，这是 由于 模拟试验 中短路点 与干燥泥土地面接触 电阻很大 ， 经测量约2 0 0 Q。故障时零序回路中电压降集中于 接触电阻 R上，同时实测零序电流仅 4 0 A ，而非 故障相电压下降不明显，为典型的高阻接地现象。 跨步电压衰减很快，距离接地点2 n l 外跨步电压即 降到安全值以下。 3 结 论 通过试验数据分析，小电阻接地系统发生单相 对地短路时，系统过电压水平低于经消弧线圈接地 或不接地系统，一般不会超过 2 5 倍，对设备绝缘 影响小 。 但接地点 l 2 m范围内跨步电压较高，且与 接地点的接触电阻大小成反比，若接触电阻较大， 跨步电压可能高达数千伏，将危及到接地点附近的 人身安全 ，且接触电阻大将导致回路 电流较小 ，可 能达不到零序电流保护定值而无法切除故障线路。 主要是因为接地故障类型不同，短路回路中的接触 电阻 ( 包括接地线与接地体本 身的电阻 ，接地体 与大地之间的接触电阻)不 同，接触电阻 越小 ， 则接地短路电流越大。而接触电阻的大小又受到接 地体与大地的有效接触面积的影响，面积越大，接 地电阻越小，此时跨步电压也越小；同时接地体的 深度对地表的电势分布也有着很大的影响，接地体 越深 ，则跨步电压越小 。 因此 ，小 电阻接地系统对抑制过电压水平、提 高选线正确率有很大的优势；但考虑到接地时的跨 步电压过高，线路杆塔应当有良好的接地，以降低 单相故障时的安全风险。 参考文献 ( 1 刘顺归1 0 k V配电网中性点两种