10kV可控电阻接地系统接地变零序电流保护若干问题的研究
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中山供电局的研究人员江清楷、何欣欣，在2019年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，10kV可控电阻接地系统具有瞬时性接地快速灭弧、可靠切除永久性故障的优点，已得到广泛的应用。本文就可控电阻接地系统接地变零序电流保护的若干问题进行了研究，并提出了相应良好的解决方案。
为克服10kV系统中性点经消弧线圈接地选线准确率不高、经小电阻接地跳闸率高的弊端，目前广东电网正广泛开展10kV系统中性点改造工程，采用可控电阻接地系统，即中性点经消弧线圈并联小电阻接地。该系统可在瞬时接地时用消弧线圈灭弧，消除故障；也可自行检出永久性故障，投入小电阻以利用其特性切除故障，缩短电网故障运行时间，进一步减少处理过程中的相间短路事故，保证设备、线路的安全。
但若10kV线路零序保护拒动，则可能导致10kV接地变保护越级动作，造成整段母线甚至全站失压。因此，合理的保护配置以及相关保护的正确整定对可控电阻接地系统的安全稳定运行具有重要意义。
1 接地变零序电流保护的选用
可将10kV接地变零序保护分为高压侧零序电流保护和低压侧零序电流保护两类。目前接地变零序电流保护一般指整定高压侧零序电流保护，取两段保护，即第一时限跳分段隔离故障，第二时限跳变低闭锁10kV备自投，来作为10kV母线单相接地保护以及10kV出线单相接地后备保护。其零序保护可选用的零序CT有开关侧零序CT和小电阻侧零序CT，如图1所示。
两者各有优缺点：①若取开关侧零序CT，则接地变回路将失去单相接地保护，零序电流保护存在死区，当接地变回路（图1 K1点）发生单相接地故障时，高压侧零序电流保护将无法动作，此时只能由接地变过流保护隔离故障，存在灵敏度不足的问题；②若取中性点接地小电阻侧零序CT，可以消除零序电流保护死区，但存在接地变回路发生单相接地故障时高压侧零序电流保护误跳分段、主变变低的可能，这将造成10kV整段母线甚至全站失压，扩大事故的影响范围。
为既能消除零序电流保护死区，又能防止零序电流保护误动、防止扩大事故影响范围，有必要引入接地变低压侧零序电流保护作为接地变回路单相接地保护。其中，高压侧零序电流保护的零序电流取自开关侧零序CT，取两段保护，即第一时限动作于跳分段开关，第二时限动作于跳主变变低（专用接地变）、闭锁10kV备自投；低压侧零序电流保护的零序电流取自中性点接地电阻侧零序CT，取一段保护，动作于跳接地变高压侧开关，动作时间与高压侧零序电流保护相配合，主要用于排除接地变回路的单相接地故障。
图1 10kV可控电阻接地系统电气主接线图
2 接地变相间保护与接地保护定值的配合
对于可控电阻接地系统，接地变回路区外发生单相接地故障，接地变变高开关CT三相将流过大小相等、方向相同的零序电流，即流过中性点的零序电流为流过开关CT各相电流的3倍。若接地变相过流保护定值整定过小，10kV系统发生单相接地短路而线路保护拒动，则接地变相过流保护将在零序过流保护动作跳开主变变低开关之前切除接地变开关，10kV系统成为不接地系统，有可能导致系统发生间歇性弧隙过电压，危害系统的正常运行。因而，对接地变相过流保护定值应躲过10kV系统发生单相接地时的最大零序电流。
假设中性点小电阻R的阻值为16Ω，忽略接地变回路的零序阻抗，则接地变相过流保护定值可取为
（1）
3 两回线同相接地对接地变零序电流保护的影响
在可控电阻接地系统中，两回线同相发生经过渡电阻接地故障时，各自馈线所产生的零序电流可能少于整定值，但受并联作用影响，接地变中性点零序CT感受到的零序电流为两馈线零序电流的叠加，这将可能导致接地变零序电流保护误动。接地变零序电流保护定值应保证经电阻单相接地故障时有足够的灵敏度，可靠躲过线路的电容电流，并且还应可靠避免出现两馈线同相故障时灵敏度过大的问题，取值应与馈线零序电流保护定值相配合。
当前，有些电网将10kV线路零序电流保护定值一次值整定为60A，接地变零序电流保护定值一次值整定为75A，该定值并未躲过两回线同相发生接地故障的影响。因接地变零序电流保护误动影响较大，可能导致10kV母线失压，影响供电可靠性，故应当适当提高接地变零序电流保护定值,以避免受到两回线同相同时故障的影响。
4 接地变零序电流保护联跳主变变低问题的探讨
接地变零序电流保护动作联跳变低将导致10kV一段母线甚至全站失压（并列运行时），因而有必要探讨接地变回路是否需联跳主变变低的问题。根据GB/T 50064—2014标准的3.1.3条中性点不接地方式应符合下列规定：不直接连接发电机、由电缆线路构成的6～20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式；当大于10A又需要在接地故障条件下运行时，宜采用中性点谐振接地方式。
对于城区电网以电缆出线为主、接地电容电流不大于10A的10kV系统来讲，当采用纯小电阻接地时，可以考虑对接地变零序电流保护只整定一段，跳接地变高压侧开关，而不需联跳分段和主变变低开关，此时10kV系统变成了不接地系统，可通过轮切10kV线路来隔离故障，这样可以大大提高供电可靠性；而对于接地电容电流大于10A的小电阻系统来讲，为防止间歇性电弧引起过电压扩大事故影响范围，给系统造成更大的危害，零序过流保护需联跳主变变低开关。
对于可控电阻成套接地系统，为克服接地变零序电流保护不联跳主变变低开关可能导致因接地电容电流过大而引起的间歇性弧隙过电压、联跳接地变主变变低导致10kV母线失压而影响供电可靠性的弊端，可考虑设计联跳接地变中性点小电阻高压真空接触器回路。当接地变高压侧零序电流保护动作时，将小电阻切除，此时系统将成为消弧接地系统，可以继续运行1～2h。
调度监控人员可以根据是否收到某一10kV线路保护动作信号来选择是否试切该线路：若10kV开关故障无法跳开，则可按消弧接地系统10kV线路单相接地开关拒动处理方案解决；若监控未收到10kV线路保护动作信号，其原因可能是10kV线路零序保护拒动或10kV母线接地，则可通过轮切10kV线路来隔离故障线路；若轮切完所有10kV线路后接地信号仍未消失，则可判定10kV母线接地，此时可根据实际情况选择先转移10kV负荷后、再切主变变低开关，或者直接切主变变低开关。
该方案的优点是，可以解决因10kV线路保护拒动（如定值整定错误、零序电流采样错误、保护跳闸出口回路断线等）而导致接地变保护越级跳变低造成10kV母线失压的问题。缺点是可能需要轮切10kV线路，影响供电可靠性，同时增加调控人员的工作量，但相比于越级跳变低而导致母线失压来说，故障影响范围已经大大缩小。
10kV可控电阻接地系统因其显著的优点，已成为广东电网10kV系统的主流接地方式。考虑到可控电阻接地系统接地变零序电流保护误动影响较大，本文分析了接地变零序电流保护的若干问题，并针对各个问题提出了相应的良好的解决方案。
1）针对接地变零序电流保护的选用，本文提出引入接地变低压侧零序电流保护，以消除保护死区或防止保护误动。
2）针对接地变相间保护需与接地保护定值相配合的问题，本文给出了相应的相间保护整定计算公式。
3）针对两回线同相、同时发生故障的问题，本文提出应适当提高接地变零序电流保护定值，以防止保护误动。
4）针对接地变保护联跳主变变低的问题，本文提出可在接地变高压侧零序电流保护动作时将小电阻切除，以解决接地变保护越级跳变低而导致10kV母线失压的问题。