2024年3月7日发(作者：井英)
2020年4月10日第37卷第7期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７ ｄｏｉ：10.19399/.2020.07.027设计应用10 kV小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施郝会锋（广东电网汕头濠江供电局，广东 汕头 515000）摘要：随着我国配电网自动化水平不断提高，配电网故障的快速预防和处理技术应用变得越来越普遍。由于我国的配电网覆盖面广，所以配电网故障率也相应较高，其中80%以上都为单相接地故障。随着城市电缆配网规模的日益扩大，中性点经小电阻接地方式因其可以有效抑制过电压而变得越来越普遍。但在这种接地方式下，金属性接地短路可能将产生较大的零序电流，从而会导致断路器跳闸，这严重影响了电力系统的安全稳定运行。为研究小电阻接地系统电缆线路发生单相金属性接地短路的基本规律，介绍了某供电企业电缆小电阻接地方式下的两起金属性单相接地故障，分析了故障发生后的处理过程和可能导致故障产生的原因，最后给出预防性建议，从而加强了配电网的稳定性。关键词：电缆线路；配电网；短路故障分析；单相短路；金属性接地Analysis of Single Phase Ground Fault in 10 kV Low-resistance Grounding
System and CountermeasuresHAO Hui-feng（Shantou Haojiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid，Shantou 515000，China）Abstract：With the continuous improvement of distribution network automation level in China，the rapid
prevention and treatment technology of distribution network fault becomes more and more common. With the increasing
scale of urban cable distribution network，neutral point grounded by low resistance becomes more and more common，which can effectively suppress over-voltage. But in this kind of grounding mode，the short-circuit of metal grounding
may produce large zero sequence current，which will lead to the tripping of the circuit breaker and seriously affects the
safe and stable operation of the power system. In order to study the basic principle of single-phase metallic ground short
circuit in the cable line of low-resistance grounding system，this paper introduces two metallic single-phase grounding
faults in a power supply company under the mode of low-resistance grounding，analyzes the processing process after
the fault and the possible causes of the fault，and finally gives preventive suggestions，so as to strengthen the stability
of the distribution words：cable line；distribution network；short circuit fault analysis；single phase short circuit；metal grounding0 引 言由于市容市貌等要求，我国越来越多的城市在地下使用电缆线路，但由于电缆线路载流量大，对运行电压的要求较高，所以中性点小电流接地的方式不适用于此，短路后的安全性得不到保证。同时，由于小电阻接地的方式能够快速切除故障，有效抑制过电压，所以在10 kV配电网得到了广泛的应用[1-6]。目前，我国的小电阻接地故障保护主要通过零序过电流保护，启动值很高，一般为50～60 A，金属性接地甚至短路电流能达到数百安培。当前常用的故障选线方式包括主动式选线和被动式选线两种[7-8]。被动式选线利用既定信号进行判别，成本少，过程相对简单。而主动式选线特征明显，选线准确率较高，具有一定的发展前景[9-12]。收稿日期： 2020-01-16作者简介：郝会锋（1978-），男，黑龙江大庆人，大学本科，主要研究方向为配网管理。为了具体说明10 kV配网中性点经小电阻接地系统的电缆线路中单相短路故障的过程和基本规律，以及短路故障发生后自动化的处理情况，本文分析了某供电企业的角滨线、角吴线这两条10 kV电缆线路发生金属性单相接地导致跳闸的情况，并探究了故障原因，对短路故障的预防措施提出了建议，为以后减少此类状况的发生提供了一定的参考依据。1 理论分析一般来讲，我国的6～35 kV配电网的架空线路中一般采用中性点小电流接地的方式，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中点经高阻接地等情况，这样做的目的在于采用小电流接地可以保证发生单相接地短路故障的时候三相线电压保持平衡，三相系统的稳定没有遭到破坏，因此可带故障继续运行1～2 h，保证供电可靠性，但非故障相电压会升高至原来的3倍。而110 kV及以上架空线路中一般采用大电流接地的方式，包括中性点直接接地和中性点· ９９ ·
2020年4月10日第37卷第7期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７ 经小电阻接地，此举的目的是保证中性点电压不发生偏移，所以当发生单相接地故障时，非故障相电压不会升高至3倍相电压，从而降低了系统的绝缘设备等级，减小了建造成本。而对于电缆线路而言，由于电缆线路的电抗小于架空线路，所以其载流容量较大，且电缆线路的最高工作电压不得超过其额定电压的15%，因此，电缆线路无法在3倍额定电压的情况下稳定可靠工作。因此，为了保证电缆线路的安全性，我国部分10 kV配电网电缆线路也会采用大电流接地的方式。本文所述的角滨线、角吴线这两条10 kV电缆线路对应母线即采用中性点经小电阻接地方式。1.1 中性点不接地系统电气量分析在中性点不接地系统方式下，单相接地故障的电气矢量关系如图1所示。UCDEAUBDECEBIIBDICIB图1 中性点不接地系统电气矢量关系图
EA、EB、EC为正常运行时的三相相电压；UCD、UBD为故障后非故障两相的对地电压；IB、IC为故障时非故障两相的相电流；ID为故障时的接地电流。当单相短路故障发生后（以A相发生金属接地短路为例，接地点为D点），非故障两相的对地电压升高到至原来的3倍，即等于线电压。由于非故障相的电压抬升，非故障相中电容电流也随之增大，其大小为原来相对地电容电流的3倍，较大的电容电流会给系统安全带来隐患。这种电容电流较大并且不容易被熄灭，接地点会出现弧光接地，电弧将周期性的熄灭和重燃，消耗大量电能。1.2 小电阻接地系统电气量分析10 kV中性点经小电阻接地系统发生单相接地故障时，对于故障相而言相当于存在两个接地点，所以当发生接地故障后，系统通过电阻与大地与故障点形成了电流的通路，电流较大。因此这种接地方式选线的可靠性较高，可以快速隔离故障，防止扩大故障。根据中性点不接地系统中对各电气量的的分析，同理可得中性点经小电阻接地系统发生单相短路故障· １００ ·后各电气分量变化情况。具体分析如下。图2为小电阻系统发生单相接地短路故障的示意图。其中，C1a、C1b、C1c、Cna、Cnb、Cnc表示各条健全线路的三相对地分布电容；Cfa、Cfb、Cfc表示故障线路的三相对地分布电容；R为小电阻，A、B、C为母线。A
B
C
C1aC1b
C1c
CnaCnb
Cnc
R
D
CfaCfb
Cfc
图2 小电阻系统单相接地示意图中性点小电阻接地方式是指变压器或发电机中性点经小电阻与大地进行电气连接。在系统正常运行状态下，线路上三相电流的数值相等而相位相差120°，其向量和等于零，三者相互抵消。故大地和中性点之间一般不存在电流流过，中性点对地电位为零，与中性点与地电位一致。图3为中性点小电阻系统中发生接地故障后的电气关系矢量图（以A相发生金属接地为例，接地点为D点）。其中，EA、EB、EC分别为A、B、C三相电源的电动势，If为流经中性点的短路电流，R为中性点和大地之间的小电阻。UBD和UCD分别为B相和C相对地电压。E
A
IO
If
R
C
EUC
E
BD
UB
CD
I
D
I
B
图3 中性点低阻接地系统电气矢量关系图当A相发生金属性短路故障后，由于短路电流过大，短路电流流经中性点的小电阻后会造成中性点电压偏移，中性点电位提升，此时中性点电压为：
2020年4月10日第37卷第7期郝会锋：10 kV小电阻接地系统单相接地故障
分析及应对措施Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７
U0=IfR （1）所以，由于中性点的偏移，B相和C相的对地电压都会发生改变。
U
2024年3月7日发(作者：井英)
2020年4月10日第37卷第7期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７ ｄｏｉ：10.19399/.2020.07.027设计应用10 kV小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施郝会锋（广东电网汕头濠江供电局，广东 汕头 515000）摘要：随着我国配电网自动化水平不断提高，配电网故障的快速预防和处理技术应用变得越来越普遍。由于我国的配电网覆盖面广，所以配电网故障率也相应较高，其中80%以上都为单相接地故障。随着城市电缆配网规模的日益扩大，中性点经小电阻接地方式因其可以有效抑制过电压而变得越来越普遍。但在这种接地方式下，金属性接地短路可能将产生较大的零序电流，从而会导致断路器跳闸，这严重影响了电力系统的安全稳定运行。为研究小电阻接地系统电缆线路发生单相金属性接地短路的基本规律，介绍了某供电企业电缆小电阻接地方式下的两起金属性单相接地故障，分析了故障发生后的处理过程和可能导致故障产生的原因，最后给出预防性建议，从而加强了配电网的稳定性。关键词：电缆线路；配电网；短路故障分析；单相短路；金属性接地Analysis of Single Phase Ground Fault in 10 kV Low-resistance Grounding
System and CountermeasuresHAO Hui-feng（Shantou Haojiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid，Shantou 515000，China）Abstract：With the continuous improvement of distribution network automation level in China，the rapid
prevention and treatment technology of distribution network fault becomes more and more common. With the increasing
scale of urban cable distribution network，neutral point grounded by low resistance becomes more and more common，which can effectively suppress over-voltage. But in this kind of grounding mode，the short-circuit of metal grounding
may produce large zero sequence current，which will lead to the tripping of the circuit breaker and seriously affects the
safe and stable operation of the power system. In order to study the basic principle of single-phase metallic ground short
circuit in the cable line of low-resistance grounding system，this paper introduces two metallic single-phase grounding
faults in a power supply company under the mode of low-resistance grounding，analyzes the processing process after
the fault and the possible causes of the fault，and finally gives preventive suggestions，so as to strengthen the stability
of the distribution words：cable line；distribution network；short circuit fault analysis；single phase short circuit；metal grounding0 引 言由于市容市貌等要求，我国越来越多的城市在地下使用电缆线路，但由于电缆线路载流量大，对运行电压的要求较高，所以中性点小电流接地的方式不适用于此，短路后的安全性得不到保证。同时，由于小电阻接地的方式能够快速切除故障，有效抑制过电压，所以在10 kV配电网得到了广泛的应用[1-6]。目前，我国的小电阻接地故障保护主要通过零序过电流保护，启动值很高，一般为50～60 A，金属性接地甚至短路电流能达到数百安培。当前常用的故障选线方式包括主动式选线和被动式选线两种[7-8]。被动式选线利用既定信号进行判别，成本少，过程相对简单。而主动式选线特征明显，选线准确率较高，具有一定的发展前景[9-12]。收稿日期： 2020-01-16作者简介：郝会锋（1978-），男，黑龙江大庆人，大学本科，主要研究方向为配网管理。为了具体说明10 kV配网中性点经小电阻接地系统的电缆线路中单相短路故障的过程和基本规律，以及短路故障发生后自动化的处理情况，本文分析了某供电企业的角滨线、角吴线这两条10 kV电缆线路发生金属性单相接地导致跳闸的情况，并探究了故障原因，对短路故障的预防措施提出了建议，为以后减少此类状况的发生提供了一定的参考依据。1 理论分析一般来讲，我国的6～35 kV配电网的架空线路中一般采用中性点小电流接地的方式，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中点经高阻接地等情况，这样做的目的在于采用小电流接地可以保证发生单相接地短路故障的时候三相线电压保持平衡，三相系统的稳定没有遭到破坏，因此可带故障继续运行1～2 h，保证供电可靠性，但非故障相电压会升高至原来的3倍。而110 kV及以上架空线路中一般采用大电流接地的方式，包括中性点直接接地和中性点· ９９ ·
2020年4月10日第37卷第7期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７ 经小电阻接地，此举的目的是保证中性点电压不发生偏移，所以当发生单相接地故障时，非故障相电压不会升高至3倍相电压，从而降低了系统的绝缘设备等级，减小了建造成本。而对于电缆线路而言，由于电缆线路的电抗小于架空线路，所以其载流容量较大，且电缆线路的最高工作电压不得超过其额定电压的15%，因此，电缆线路无法在3倍额定电压的情况下稳定可靠工作。因此，为了保证电缆线路的安全性，我国部分10 kV配电网电缆线路也会采用大电流接地的方式。本文所述的角滨线、角吴线这两条10 kV电缆线路对应母线即采用中性点经小电阻接地方式。1.1 中性点不接地系统电气量分析在中性点不接地系统方式下，单相接地故障的电气矢量关系如图1所示。UCDEAUBDECEBIIBDICIB图1 中性点不接地系统电气矢量关系图
EA、EB、EC为正常运行时的三相相电压；UCD、UBD为故障后非故障两相的对地电压；IB、IC为故障时非故障两相的相电流；ID为故障时的接地电流。当单相短路故障发生后（以A相发生金属接地短路为例，接地点为D点），非故障两相的对地电压升高到至原来的3倍，即等于线电压。由于非故障相的电压抬升，非故障相中电容电流也随之增大，其大小为原来相对地电容电流的3倍，较大的电容电流会给系统安全带来隐患。这种电容电流较大并且不容易被熄灭，接地点会出现弧光接地，电弧将周期性的熄灭和重燃，消耗大量电能。1.2 小电阻接地系统电气量分析10 kV中性点经小电阻接地系统发生单相接地故障时，对于故障相而言相当于存在两个接地点，所以当发生接地故障后，系统通过电阻与大地与故障点形成了电流的通路，电流较大。因此这种接地方式选线的可靠性较高，可以快速隔离故障，防止扩大故障。根据中性点不接地系统中对各电气量的的分析，同理可得中性点经小电阻接地系统发生单相短路故障· １００ ·后各电气分量变化情况。具体分析如下。图2为小电阻系统发生单相接地短路故障的示意图。其中，C1a、C1b、C1c、Cna、Cnb、Cnc表示各条健全线路的三相对地分布电容；Cfa、Cfb、Cfc表示故障线路的三相对地分布电容；R为小电阻，A、B、C为母线。A
B
C
C1aC1b
C1c
CnaCnb
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Cfc
图2 小电阻系统单相接地示意图中性点小电阻接地方式是指变压器或发电机中性点经小电阻与大地进行电气连接。在系统正常运行状态下，线路上三相电流的数值相等而相位相差120°，其向量和等于零，三者相互抵消。故大地和中性点之间一般不存在电流流过，中性点对地电位为零，与中性点与地电位一致。图3为中性点小电阻系统中发生接地故障后的电气关系矢量图（以A相发生金属接地为例，接地点为D点）。其中，EA、EB、EC分别为A、B、C三相电源的电动势，If为流经中性点的短路电流，R为中性点和大地之间的小电阻。UBD和UCD分别为B相和C相对地电压。E
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图3 中性点低阻接地系统电气矢量关系图当A相发生金属性短路故障后，由于短路电流过大，短路电流流经中性点的小电阻后会造成中性点电压偏移，中性点电位提升，此时中性点电压为：
2020年4月10日第37卷第7期郝会锋：10 kV小电阻接地系统单相接地故障
分析及应对措施Telecom Power TechnologyＡｐｒ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７
U0=IfR （1）所以，由于中性点的偏移，B相和C相的对地电压都会发生改变。
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