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【摘 要】本文分析了高压供电系统接地方法及单相选线,分析了不同小电流接地系统及其发生相接地故障时的特点和相应的接地生成方式。有助于相关企业正确选择供电系统运行方式及接地选线保护方式。
【关键词】电力系统；接地方式
电力系统为了保证电气设备的可靠运行和人身安全，不论在发电、供（输）电、变电、配电都需要有符合规定的接地。所谓接地就是将供、用电设备、防雷装置等的某一部分通过金属导体组成接地装置与大地的任何一点进行良好的连接。
从电力系统的中性点运行方式不同，接地可分两类：一类是三相电网中性点直接接地系统，另一类是中性点不接地系统，目前在我国三相三线制供电电压为35KV、10KV、6KV、3KV的高压配电线路中，一般均采用中性点不接地系统。供电系统中接地的电气设备，凡因绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属部位均应接地，否则，该电气设备一旦漏电，将对人有致命的危险。
接地的电气设备，因绝缘损坏而造成相线与设备金属外壳接触时，其漏电电流通过接地体向大地呈半球形流散。因为球面积与半径的平方成正比，所以，半球形面积随着远离接地体而迅速增大，因此，与半球形面积对应的土壤电阻值，将随着远离接地体而迅速减小，电流在地中流散时，所形成的电压降，距接地体愈近就愈大；距接地体愈远就愈小，通常当距接地体大于20m时，地中电流所产生的电压降已接近于零值。
由于中性点不直接接地的系统（统称小电流接地系统），发生单相接地故障时，接地电流较小，对邻近通讯线路、信号系统的干扰较小，三相线电压仍能保持对称和大小不变，电力用户可以继续工作一段时间，以便采取补救措施。同时，由于发生单相接地故障时，非故障相对地电压升高√3倍，有可能产生（2.5-3）U?准的电弧过电压，危及整个网络的绝缘，使故障面扩大，。不同运行方式的小电流接地系统发生单相接地故障时，有不同的特征，选择性保护也应采取不同方式。小电流接地系统的接地选线保护一直是继电保护领域难度较大的研究课题。特别是有的企业对供电系统安全性、可靠性要求较高，如何正确选择系统接地方式及接地选线方式是迫切需要解决的问题，本文对这一课题分类具体分析如下。
１．中性点不接地系统
对于单电源、多馈线中性点不接地系统，在某条线路发生单相接地故障时系统呈现如下特点：
（1）对于金属性接地，整个系统中出现零序电压，系统中各点的零序电压相等。
（2）所有非接地线路上的零序电流相位相同，超前零序电压90度，接地线路的零序电流方向则相反，滞后零序电流量值之和。
（3）接地线路零序电流的量值为所有非接地线路零序电流量值之和。
根据（1）可以判断接地故障的发生，并启动选线电路。多数选线设备都采用这一原理。
根据（2）可在每路馈线的开关柜上装设零序电流互感器，通过鉴别零序电流方向实现接地选线保护（方案1，又称比相式原理）。
比相式保护不必进行整定计算，能适应系统馈电线路数的不断变化，动作灵敏、可靠、运行、维护方便，能适应所有中性点不接地系统，因而得以广泛应用。
根据（3）可采用反应接地故障电流稳态幅值的保护（方案2）：其主要原理是通过零序电流互感器和滤波电路将各线路零序电流引入，同人为设定的保护启动定值相比较，零序电流高于定值的为接地线路。启动定值Ia应躲系统内最长线路外本线络接地时，送出的最大自身电容电流Icz.max，即：
IQ=KkIcz.max
Kk—可靠系数，延时约30ms动作时，Kk取1.5-2可以躲过暂态过程。
按式（1）计算的整定值IQ还需对每一条出线进行灵敏度（KL）校验：
KjDIc∑.min-Icz
KL=■≥1.5
KL—靈敏度系数；KJD—接地程度系数，可取0.5；Ic∑.min—系统最小方式下的电容电流；Icz—本线路非接地时自身送出的电容电流。
这种保护方式需要对电容电流进行实测或估算，并对启动定值进行整定和灵敏度校验。对线路长短差别较大的系统，无法保证每条线路都有足够的灵敏度，当系统规模变化时，会直接影响选线保护动作的灵敏度，每退出一条线路都相应的降低保护的灵敏度，特别是较长线路退出时灵敏度下降更为严重，需重新整定启动定值，对系统出线较少、故障电流与线路自身电容电流相差不大甚至还低时会降低灵敏度，产生拒动或误动，或无法确定启动定值，影响系统的可靠运行。
为克服这一弊端，可采用“群体比幅”方式（方案3）造反接地故障线路。“群体比幅”方式也是基于零序电流幅值的一种选择性保护，该原理单相接地故障时，根据零序电压的变化，通过“零序电压启动元件”启动“群体比幅电路”，对该群体每条线路的零序电流信号同时进行幅值比较，幅值最大的优先动作，然后闭锁其他所有线路的保护动作。由于故障线路的零序电流等于所有非故障线路零序电流之和。故绝大多数情况下前者的幅值最大，其他线路都不及他，所以该原理灵敏度及可靠性较高。
“群体比幅原理”选线保护，以每条线路零序电流的实际值为基础，实现实时幅值相对比较，不需整定计算，具有自适应性质，巧妙地回避了所有难以定量的可变因素，克服了定值比较的弊端。一般情况下，一个“群体”只要多于两条线路就能保证有足够的动作灵敏度。
2.中性点经消弧线圈接地系统
中性点不接地电力系统，当规模较大、线路较长时电容电流相对较大。就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加，在电弧接地过电压的作用下可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故增大。为此，我们采取措施是：当各级电网电压单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值（35KV电网为10安，10KV电网为10安，3-6KV电网为3安），就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性，电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以致自动熄弧，保证继续供电。电容电流较大的电网发生单相接地故障时，会产生持续电弧烧坏电缆或设备，或由于间歇性电弧导致（2.5-3）U?准的过电压而危及整个网络的绝缘。为克服这一缺点可采用中性点经消弧线圈接地的系统，当发生单相接地故障时形成与接地电容电流大小相近、方向相反的电感电流IL与电容电流Ic相互补偿，使接地电流变的很小，或等于0（一般为防止电网发生串联谐振等不利现象，采用K=IL/Ic>1的过补偿方式），消除接地处的电弧，以及由此产生的一切危害。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，系统有如下特点：
（1）由于采用过补偿方式，流经故障线路的电流为补偿后的电流IL-IJD，电流数值很小，与每条线路的电容电流接近，方向与接地故障电流IJD相反，即与非故障相电容电流相反。
（2）故障线路电流含有大量高次谐波，以二次和五次最多，而非故障相以基波分量为主，高次谐波较少。
根据特点（1），采用比相式原理方案（方案1）失掉选择性，将故障电流稳态值与定值相比较的方案（方案2）也无法采用。
根据特点（2）可采用反应接地线路稳态电流高次谐波分量的原理（方案4）。由于高次谐波的绝对数值视系统结构而变，很难计算，可以实测出故障时的读数和非故障时最长线路的读数，从而确定保护的合适定值，这样就不可避免的存在与（方案2）类似的弊端。
由群体比幅原理可知当接地线路的零序电流大于任一条非接地线路的零序电流时即可正确进行选择性保护，由于大部分经消弧线圈接地的电网能满足“群体比幅原理”的应用条件，因而“群体比幅原理”可以有条件的应用于中性点经消弧线圈接地的系统。
3.中性点经消弧线圈并高电阻接地系统
中性点经消弧线圈接地系统，由于电感的暂态特性，过电压值仍比较大，和中性点不接地系统相当，只是时间较短。为解决这一问题，有些单位曾采用中性点经高电阻接地系统，这种方式可以在单相接地故障时，增加接地电流的有功分量使接地电流略有增加，对衰减中性点电位，抑制电弧过电压有较显著的作用但只有在满足式（3）时较为显著。
δ=Cp/(Cp+Co)<0.3 (3)
式中：Cp—电网线间电容；Co—线对地电容。
δ>0.75时作用较小，不仅不能衰减中性点电位，反而增大了单相接地电流。目前国外正开始推广应用中性点经消弧线圈并高电阻接地系统。由于并联高电阻增加了接地系统的有功分量，消弧线圈补偿了接地电流，因而可以加速系统储能的衰减，有效抑制共振过电压和线性谐振过电压，使故障相恢复电压幅值和上升速度下降，电弧接地过电压值明显下降，接地电流明显减小，并且可以采用全补偿和过偿运行方式，解除了对脱谐的顾虑，是6-35 Kv较大电网理想的接地方式。
这种系统可以采用（方案3）、（方案4）和检出零序电流有功分量的方法（方案5）实现选择性接地保护。
4.S注入法（方案6）
电网正常运行时，PT副边电压为：
UAN=UBN=UCN=57.8(V) (4)
ULN=0(V) (5)
当发生单相接地故障时，以A相接地为例则有
UAN=0（V） (6)
UBN=UCN=100（V） (7)
ULN=100（V） (8)
发生单相接地时，主机通过PT副边电压的变化，自动判断出接地相别，向接地相注入一特殊信号电流，注入信号电流的基波频率f0处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，即：
n×50< f0<(n+1)×50 (9)
此时，接地相PT原边沿处于被短接状态，其感性电流如图2中虚线②所示。
信号电流探测器具有图3所示频率特性，它只反应频率为f0的注入信号而不反应工频及其各次谐波，用信号电流探测器在开关柜后或开关柜窥视孔前对每一路出线进行探测，探测到注入信号的出线即为接地线路。
同时该设备还具有定位功能，用信号电流控测器沿接地线路进行探测，注入信号电流的消失点即为接地点。由于不用零序电流水线及零序电压为判据该原理具有十分明显的优点：
（1）接线简单，对每一段母线只需从PT二次端子排上接三根线即可。不需加装B相CT或零序CT，而以零序电流或零序电压为判据的所有方案都必须对变电所进行改造，接线复杂、工程量大、造价很高。
（2）选线可靠，由于设备对接地相注入信号进行探测，所以无须对系统进行测试和整定计算，不受系统运行变化的影响，不存在灵敏度降低的可能，保证了准确选线。
（3）能定位和查出隐性接地点，用信号电流探测器可以迅速查出接地点位置，并方便地查出如绝缘子、避雷器内部击穿，变压器内部接地等人工巡线目测难以找到的故障。
（4）耐受过渡电阻能力强，以10KV系统为例，PT变比为100原副边阻抗折合系数为10000，接地点过渡电阻即使为1000Ω，折合到PT副边仅为0.1Ω，增加0.1Ω电阻对发射信号几乎不产生任何影响。
（5）可广泛应用于所有中性点不接地和中性点经消弧圈接地的系统。
5.接地选线的自动化
随着计算机及应用软件的飞速发展，小电流接地系统接地选线保护已基本实现全面自动化。基于不同原理的选线保护方案都能将所选线路的序号通过“一对一接点”或“五位二进制码”传送到主机上，再由主机上的通用接口传送到调度室内，“S注入法”方案可在每一条馈线上安装一个探测器，在发生接地故障时将故障线路序号传送到主机上，主机显示接地线路序号和相别，并自动将信息远传。目前基于“S注入法”方案的成套设备已广泛应用于无人值守变电站。近年来许多大、中型变电站装备了监控系统，并专门留有与小电接地系统接地选线保护装置通讯用的接口，监控系统可以实时采集信息，并根據针对不同情况预先设定程序，控制执行机构采取相应措施。
6.小电流接地系统接地情况非常复杂
还没有一种对所有系统都有最佳效果的设备问世，这是因为：（1）不同系统发生接地故障时表现出不同的特性，难以找出其共性。（2）能适应各种系统的设备必然面面具到，结构复杂，致使成本增大，安装维护困难，部分功能闲置。笔者认为由于供电系统接地方式很少变化，各生产单位只需根据自己的实际情况，选择适合的设备即可，不必强求设备适应各种系统。■
【参考文献】
［１］李伟,宋德西.10KV接地系统分析.
［２］刘涛.小电流接地技术.
【关键词】电力系统；接地方式
电力系统为了保证电气设备的可靠运行和人身安全，不论在发电、供（输）电、变电、配电都需要有符合规定的接地。所谓接地就是将供、用电设备、防雷装置等的某一部分通过金属导体组成接地装置与大地的任何一点进行良好的连接。
从电力系统的中性点运行方式不同，接地可分两类：一类是三相电网中性点直接接地系统，另一类是中性点不接地系统，目前在我国三相三线制供电电压为35KV、10KV、6KV、3KV的高压配电线路中，一般均采用中性点不接地系统。供电系统中接地的电气设备，凡因绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属部位均应接地，否则，该电气设备一旦漏电，将对人有致命的危险。
接地的电气设备，因绝缘损坏而造成相线与设备金属外壳接触时，其漏电电流通过接地体向大地呈半球形流散。因为球面积与半径的平方成正比，所以，半球形面积随着远离接地体而迅速增大，因此，与半球形面积对应的土壤电阻值，将随着远离接地体而迅速减小，电流在地中流散时，所形成的电压降，距接地体愈近就愈大；距接地体愈远就愈小，通常当距接地体大于20m时，地中电流所产生的电压降已接近于零值。
由于中性点不直接接地的系统（统称小电流接地系统），发生单相接地故障时，接地电流较小，对邻近通讯线路、信号系统的干扰较小，三相线电压仍能保持对称和大小不变，电力用户可以继续工作一段时间，以便采取补救措施。同时，由于发生单相接地故障时，非故障相对地电压升高√3倍，有可能产生（2.5-3）U?准的电弧过电压，危及整个网络的绝缘，使故障面扩大，。不同运行方式的小电流接地系统发生单相接地故障时，有不同的特征，选择性保护也应采取不同方式。小电流接地系统的接地选线保护一直是继电保护领域难度较大的研究课题。特别是有的企业对供电系统安全性、可靠性要求较高，如何正确选择系统接地方式及接地选线方式是迫切需要解决的问题，本文对这一课题分类具体分析如下。
１．中性点不接地系统
对于单电源、多馈线中性点不接地系统，在某条线路发生单相接地故障时系统呈现如下特点：
（1）对于金属性接地，整个系统中出现零序电压，系统中各点的零序电压相等。
（2）所有非接地线路上的零序电流相位相同，超前零序电压90度，接地线路的零序电流方向则相反，滞后零序电流量值之和。
（3）接地线路零序电流的量值为所有非接地线路零序电流量值之和。
根据（1）可以判断接地故障的发生，并启动选线电路。多数选线设备都采用这一原理。
根据（2）可在每路馈线的开关柜上装设零序电流互感器，通过鉴别零序电流方向实现接地选线保护（方案1，又称比相式原理）。
比相式保护不必进行整定计算，能适应系统馈电线路数的不断变化，动作灵敏、可靠、运行、维护方便，能适应所有中性点不接地系统，因而得以广泛应用。
根据（3）可采用反应接地故障电流稳态幅值的保护（方案2）：其主要原理是通过零序电流互感器和滤波电路将各线路零序电流引入，同人为设定的保护启动定值相比较，零序电流高于定值的为接地线路。启动定值Ia应躲系统内最长线路外本线络接地时，送出的最大自身电容电流Icz.max，即：
IQ=KkIcz.max
Kk—可靠系数，延时约30ms动作时，Kk取1.5-2可以躲过暂态过程。
按式（1）计算的整定值IQ还需对每一条出线进行灵敏度（KL）校验：
KjDIc∑.min-Icz
KL=■≥1.5
KL—靈敏度系数；KJD—接地程度系数，可取0.5；Ic∑.min—系统最小方式下的电容电流；Icz—本线路非接地时自身送出的电容电流。
这种保护方式需要对电容电流进行实测或估算，并对启动定值进行整定和灵敏度校验。对线路长短差别较大的系统，无法保证每条线路都有足够的灵敏度，当系统规模变化时，会直接影响选线保护动作的灵敏度，每退出一条线路都相应的降低保护的灵敏度，特别是较长线路退出时灵敏度下降更为严重，需重新整定启动定值，对系统出线较少、故障电流与线路自身电容电流相差不大甚至还低时会降低灵敏度，产生拒动或误动，或无法确定启动定值，影响系统的可靠运行。
为克服这一弊端，可采用“群体比幅”方式（方案3）造反接地故障线路。“群体比幅”方式也是基于零序电流幅值的一种选择性保护，该原理单相接地故障时，根据零序电压的变化，通过“零序电压启动元件”启动“群体比幅电路”，对该群体每条线路的零序电流信号同时进行幅值比较，幅值最大的优先动作，然后闭锁其他所有线路的保护动作。由于故障线路的零序电流等于所有非故障线路零序电流之和。故绝大多数情况下前者的幅值最大，其他线路都不及他，所以该原理灵敏度及可靠性较高。
“群体比幅原理”选线保护，以每条线路零序电流的实际值为基础，实现实时幅值相对比较，不需整定计算，具有自适应性质，巧妙地回避了所有难以定量的可变因素，克服了定值比较的弊端。一般情况下，一个“群体”只要多于两条线路就能保证有足够的动作灵敏度。
2.中性点经消弧线圈接地系统
中性点不接地电力系统，当规模较大、线路较长时电容电流相对较大。就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加，在电弧接地过电压的作用下可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故增大。为此，我们采取措施是：当各级电网电压单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值（35KV电网为10安，10KV电网为10安，3-6KV电网为3安），就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性，电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以致自动熄弧，保证继续供电。电容电流较大的电网发生单相接地故障时，会产生持续电弧烧坏电缆或设备，或由于间歇性电弧导致（2.5-3）U?准的过电压而危及整个网络的绝缘。为克服这一缺点可采用中性点经消弧线圈接地的系统，当发生单相接地故障时形成与接地电容电流大小相近、方向相反的电感电流IL与电容电流Ic相互补偿，使接地电流变的很小，或等于0（一般为防止电网发生串联谐振等不利现象，采用K=IL/Ic>1的过补偿方式），消除接地处的电弧，以及由此产生的一切危害。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，系统有如下特点：
（1）由于采用过补偿方式，流经故障线路的电流为补偿后的电流IL-IJD，电流数值很小，与每条线路的电容电流接近，方向与接地故障电流IJD相反，即与非故障相电容电流相反。
（2）故障线路电流含有大量高次谐波，以二次和五次最多，而非故障相以基波分量为主，高次谐波较少。
根据特点（1），采用比相式原理方案（方案1）失掉选择性，将故障电流稳态值与定值相比较的方案（方案2）也无法采用。
根据特点（2）可采用反应接地线路稳态电流高次谐波分量的原理（方案4）。由于高次谐波的绝对数值视系统结构而变，很难计算，可以实测出故障时的读数和非故障时最长线路的读数，从而确定保护的合适定值，这样就不可避免的存在与（方案2）类似的弊端。
由群体比幅原理可知当接地线路的零序电流大于任一条非接地线路的零序电流时即可正确进行选择性保护，由于大部分经消弧线圈接地的电网能满足“群体比幅原理”的应用条件，因而“群体比幅原理”可以有条件的应用于中性点经消弧线圈接地的系统。
3.中性点经消弧线圈并高电阻接地系统
中性点经消弧线圈接地系统，由于电感的暂态特性，过电压值仍比较大，和中性点不接地系统相当，只是时间较短。为解决这一问题，有些单位曾采用中性点经高电阻接地系统，这种方式可以在单相接地故障时，增加接地电流的有功分量使接地电流略有增加，对衰减中性点电位，抑制电弧过电压有较显著的作用但只有在满足式（3）时较为显著。
δ=Cp/(Cp+Co)<0.3 (3)
式中：Cp—电网线间电容；Co—线对地电容。
δ>0.75时作用较小，不仅不能衰减中性点电位，反而增大了单相接地电流。目前国外正开始推广应用中性点经消弧线圈并高电阻接地系统。由于并联高电阻增加了接地系统的有功分量，消弧线圈补偿了接地电流，因而可以加速系统储能的衰减，有效抑制共振过电压和线性谐振过电压，使故障相恢复电压幅值和上升速度下降，电弧接地过电压值明显下降，接地电流明显减小，并且可以采用全补偿和过偿运行方式，解除了对脱谐的顾虑，是6-35 Kv较大电网理想的接地方式。
这种系统可以采用（方案3）、（方案4）和检出零序电流有功分量的方法（方案5）实现选择性接地保护。
4.S注入法（方案6）
电网正常运行时，PT副边电压为：
UAN=UBN=UCN=57.8(V) (4)
ULN=0(V) (5)
当发生单相接地故障时，以A相接地为例则有
UAN=0（V） (6)
UBN=UCN=100（V） (7)
ULN=100（V） (8)
发生单相接地时，主机通过PT副边电压的变化，自动判断出接地相别，向接地相注入一特殊信号电流，注入信号电流的基波频率f0处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，即：
n×50< f0<(n+1)×50 (9)
此时，接地相PT原边沿处于被短接状态，其感性电流如图2中虚线②所示。
信号电流探测器具有图3所示频率特性，它只反应频率为f0的注入信号而不反应工频及其各次谐波，用信号电流探测器在开关柜后或开关柜窥视孔前对每一路出线进行探测，探测到注入信号的出线即为接地线路。
同时该设备还具有定位功能，用信号电流控测器沿接地线路进行探测，注入信号电流的消失点即为接地点。由于不用零序电流水线及零序电压为判据该原理具有十分明显的优点：
（1）接线简单，对每一段母线只需从PT二次端子排上接三根线即可。不需加装B相CT或零序CT，而以零序电流或零序电压为判据的所有方案都必须对变电所进行改造，接线复杂、工程量大、造价很高。
（2）选线可靠，由于设备对接地相注入信号进行探测，所以无须对系统进行测试和整定计算，不受系统运行变化的影响，不存在灵敏度降低的可能，保证了准确选线。
（3）能定位和查出隐性接地点，用信号电流探测器可以迅速查出接地点位置，并方便地查出如绝缘子、避雷器内部击穿，变压器内部接地等人工巡线目测难以找到的故障。
（4）耐受过渡电阻能力强，以10KV系统为例，PT变比为100原副边阻抗折合系数为10000，接地点过渡电阻即使为1000Ω，折合到PT副边仅为0.1Ω，增加0.1Ω电阻对发射信号几乎不产生任何影响。
（5）可广泛应用于所有中性点不接地和中性点经消弧圈接地的系统。
5.接地选线的自动化
随着计算机及应用软件的飞速发展，小电流接地系统接地选线保护已基本实现全面自动化。基于不同原理的选线保护方案都能将所选线路的序号通过“一对一接点”或“五位二进制码”传送到主机上，再由主机上的通用接口传送到调度室内，“S注入法”方案可在每一条馈线上安装一个探测器，在发生接地故障时将故障线路序号传送到主机上，主机显示接地线路序号和相别，并自动将信息远传。目前基于“S注入法”方案的成套设备已广泛应用于无人值守变电站。近年来许多大、中型变电站装备了监控系统，并专门留有与小电接地系统接地选线保护装置通讯用的接口，监控系统可以实时采集信息，并根據针对不同情况预先设定程序，控制执行机构采取相应措施。
6.小电流接地系统接地情况非常复杂
还没有一种对所有系统都有最佳效果的设备问世，这是因为：（1）不同系统发生接地故障时表现出不同的特性，难以找出其共性。（2）能适应各种系统的设备必然面面具到，结构复杂，致使成本增大，安装维护困难，部分功能闲置。笔者认为由于供电系统接地方式很少变化，各生产单位只需根据自己的实际情况，选择适合的设备即可，不必强求设备适应各种系统。■
【参考文献】
［１］李伟,宋德西.10KV接地系统分析.
［２］刘涛.小电流接地技术.