0 引言

我国电力电网中，一般采用中性点不接地和经消弧线圈接地两种接地方式作为10 kV电网的中性点配置方式^[1]。随着城市经济的快速发展，电力电缆得到大量应用，使得城区10 kV电力系统对地电容电流大幅上升，导致即使是经过大量消弧装置补偿后的接地网络也很难保证电容电流小于10 A，在发生单相接地故障时，因不能及时熄灭电弧，造成严重的过电压问题^[2]；另外，周围空气绝缘的破坏还容易引发多相短路故障等其他问题。因此，在城区10 kV电网中性点运行方式的选择上，目前越来越多地采用了经小电阻接地的方式^[3]。但某些采用小电阻接地方式变电站的10 kV网络，出现多起因零序电流保护定值不准确的误动事件。本文针对此类问题进行分析，研究并改进原有配置和定值计算原则，以期达到避免零序保护误动作的目的。

1 小电阻接地系统零序电流保护整定存在的问题

小电阻接地系统零序电流保护误动往往是定值整定不当引发的。

1.1 定值整定不准确

10 kV馈线的零序过电流Ⅰ段保护要求既要对高阻接地故障具有灵敏性，同时能够可靠躲过所在系统的最大电容电流^[4]。但在实际执行中，受限于电网运行情况，无法实测每条线路的电容电流，造成定值整定不准确，在发生高阻接地故障时，出现保护不能有效动作、因系统电容电流扰动而误动作的情况。

1.2 接地变压器与馈线定值配合不当

接地变压器的零序过电流保护通常设定为系统馈线Ⅱ段定值的1.1倍。但在实际运行条件下，由于馈线零序电流互感器（以下简称TA）与接地变压器TA均有不同程度的测量偏差，而馈线Ⅱ段定值按照系统最大单条线路电容电流整定，导致二者实际动作值相近，容易造成接地变压器误动作。

1.3 相继接地故障误动作

当某馈线支路触发单相高阻接地故障时，因灵敏度较小，线路保护可能不动作，与此同时，当另有其他馈线支路触发与前面线路同一相高阻接地故障时，根据叠加原理，可能达到接地变压器动作值，引发零序过电流保护越级动作。另外，接地故障相继触发时，第一条馈线跳闸后，在第二条馈线支路跳闸前，如果接地变压器的零序过电流保护未返回，也会引发保护的越级动作。

2 零序电流保护配置及整定方法 2.1 线路电容电流计算

目前线路电容电流主要根据实测法和理论值法取得^[5]，实测法适用于投运后的电力系统线路，理论值法适用于处于设计阶段或无法实测的线路。

2.1.1 电缆线路电容电流计算

目前电网建设中主要使用交联聚乙烯电缆，电缆线路电容电流I_C计算方法见式（1）。

(1)

式中：U为线路的额定电压，kV；L为线路长度，km；K为系数，，其中，S为电缆芯截面，mm²。

10 kV电力系统中常见型号交联聚乙烯电缆单位长度的电容电流值见表 1。

2.1.2 架空线路电容电流计算

架空绝缘导线电容电流I_CJ、架空裸导线电容电流I_CL理论值的计算公式分别见式（2）、式（3）。

(2)

(3)

式中：U_p为线路线电压，kV。

2.2 馈线零序电流保护配置及整定

10 kV馈线通常配置两段两时限的零流保护，需要分别计算。

2.2.1 零序电流保护Ⅰ段整定

（1）在系统最小单相接地故障时，零序电流保护Ⅰ段要求保证灵敏度不小于2。经推导，10 kV单相接地故障电流I_Dmin⁽¹⁾计算方法见式（4）。

(4)

式中：U_S为系统电压，kV；Z₁为线路正序阻抗，Ω；Z₀为线路零序阻抗，Ω；R₀为小电阻电阻值，Ω。

（2）零序电流保护Ⅰ段电容电流I₁⁽¹⁾要求可靠躲过系统最大电容电流，电容电流按2.1中公式计算，一般可整定为：

(5)

（3）高阻接地时，要求有合适的灵敏度，通常情况下，零序电流保护Ⅰ段整定为：

(6)

式中：I_R为系统额定接地电流，，其中，X₀为接地阻抗。

当系统I_R较小时，可根据系统电容电流适当放大I₁⁽¹⁾；对于纯电缆线路，I₁⁽¹⁾取值可以大一些；对于架空线路较多的混合系统，I₁⁽¹⁾取值可较小一些。

（4）时限T₁整定值：

(7)

2.2.2 零序电流保护Ⅱ段整定

（1）零序电流保护Ⅱ段电容电流I₂⁽¹⁾要求可靠躲过该馈线的电容电流，一般取I₂⁽¹⁾ ≥ (1.5~2)I_CL，其中，I_CL为本线路的电容电流。

（2）通常情况下，所有馈线的I₂⁽¹⁾定值整定为同一个值，即考虑可靠躲过所有单回馈线中的电容电流最大值^[5]。

（3）I₂⁽¹⁾与I₁⁽¹⁾的关系一般为：

(8)

（4）时限T₂要求与馈线电流保护Ⅱ段的动作时限相同^[6]，一般整定为0.5 s。

2.3 接地变压器零序电流保护配置及整定

接地变压器配置一段两时限的零序过电流保护，第一时限跳开系统主变压器低压侧母联或分段，第二时限跳开接地变压器自身，同时联跳系统主变压器低压侧^[7-9]。

（1）接地变压器零序过电流要求在系统最小单相接地故障时，保证至少有不小于2的灵敏度^[10-11]。

（2）接地变压器零序过电流要求与10 kV馈线零序过电流Ⅱ段相配合，配合系数不小于1.1。

（3）考虑到接地变压器零序TA与馈线零序TA均有不同程度测量误差，以及相继接地故障误动作问题^[12-14]，接地变压器整定值至少要求大于馈线Ⅱ段定值的2倍。

（4）接地变压器两段时限分别与馈线Ⅰ、Ⅱ段配合，时间级差Δt≥0.3 s^[15-16]。

3 仿真验证

小电阻接地系统零流保护按照上述配置计算原则优化后，为验证其正确性，利用专业的继电保护定值计算及仿真系统软件进行准确建模并仿真验证，过程如下。

（1）利用继电保护故障分析整定管理与仿真系统建模，建立一个虚拟变电站—110 kV空港变电站，站内仿真10条电缆线路与1台接地变压器，均按上述原则配置零序电流保护，仿真模型截图如图 1所示。

（2）利用配置好的仿真模型依次进行单条馈线系统最小单相接地故障短路电流、电容电流仿真计算，以及两条馈线同时高阻接地故障短路电流仿真计算，并按照第2节中总结的零流保护配置计算原则取值进行验证，结果为各保护均能正常动作。

4 结束语

本文通过分析现有小电阻接地系统中零序电流保护配置和整定中存在的问题，总结出一套零序电流保护配置及计算原则，并经继电保护定值计算与仿真验证，能够有效解决系统电容电流测算不精确、不能反映高阻接地、接地变压器越级误动作等零序电流保护配置和整定中存在的问题。