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摘要：本文通过对高阻接地的短路故障进行讨论，建立线路高阻接地的故障模型，通过简单的短路计算来分析了距离保护、零序保护在高阻接地情况下的动作特性。另外，还结合了一起实际的电网事故案例进行总结论证，得出了在高阻接地情况下线路保护拒动以及主变跳闸的具体原因。并针对这些原因，从线路保护的配置、主变中性点运行方式等方面提出了相关的改进措施，以达到预防此类事故发生，提高继电保护动作正确率的目的。
关键词：高阻接地 中性点 零序保护 距离保护
1前言
高阻接地故障不同于金属性短路接地，其过渡电阻大，且不同原理的保护反映过渡电阻能力有所不同，因此高阻接地的情况给线路保护提出了挑战。一旦线路保护无法切除接地故障，在主变运行方式以及各级保护配合问题等一系列因素的影响下，将可能发生主变跳闸事故，导致停电范围扩大。因此，需要对高阻接地的特点和保护动作特性进行深入研究，以得到防止此类事故发生的技术措施。
2金属性接地和经过渡电阻接地
金属性接地短路指线路发生接地时，短路电阻数值很小，可以简化为直接接地，如图1.1。最常见的有经弧光电阻接地。金属性短路接地故障点的边界条件为：UA=0；IB=0；IC=0（以A相短路接地为例）。
经过渡电阻接地是指短路点与地之间短路电阻数值较大，如图1.2。常见的有经超高树木放电接地等。经过渡电阻接地时故障点的边界条件需要引入等效的过渡电阻[1]。
图1.1 单相金属性接地 图1.2 单相经过渡电阻接地
3过渡电阻下保护动作特性
3.1单相经过渡电阻接地故障距离保护动作特性
如图2.1为经过渡电阻Rg单相接地短路的系统图。M侧系统阻抗为ZS，从保护安装处到短路点的阻抗为ZK。以M侧距离保护Z为分析对象，测量电压为Um，测量电流为Im，测量阻抗为Zm。
图2.1 经过度电阻接地系统图
定义Za为附加阻抗。测量阻抗Zm为ZK与Za之和。对于双侧电源系统，一方面N侧的助增作用使得IF>IM，即附加阻抗比过渡电阻本身大[2]。另一方面M侧与N侧有功角差，IF与IM相位不一致，Zm相位发生偏移，可能超出动作范围。根据上述分析，距离保护反映过渡电阻的能力有限，高阻接地时Rg数值较大，测量阻抗数值增大且相位发生偏移，超出阻抗动作范围，造成距离保护拒动。
3.2单相经过渡电阻接地故障零序保护动作特性
再来分析零序保护的动作特性。图3.1为短路接地的零序序网图：
图3.1 经过渡电阻接地的零序序网图
以M侧的零序保护F0为分析对象。零序电压UM0和零序电流IM0的关系为：
UM0= - IM0 ZMS0
其中，ZMS0为M侧系统的零序阻抗。如果系统的零序阻抗角为 0，则正方向故障时，零序电压滞后于零序电流（180 - 0）。且该角度只与系统侧的零序阻抗角有关，而与过渡电阻无关。故零序保护方向判别不受过渡电阻影响。另外由于线路零序阻抗比正序阻抗大，过渡电阻对零序电流产生的影响较小[3-4]。
根据上述分析，过渡电阻不影响零序保护的方向性，只影响，且零序电流大小影响范围有限。零序保护在整定合理、灵敏度满足要求时，理论上在高阻接地情况下能正确动作。
4线路高阻接地跳主变案例分析
220kV阳平站110kV阳石甲线A相发生单相接地故障，线路保护拒动，随后，220kV阳平站110kV母联、#1主变三侧相继跳闸，110kV石山站#2主变跳闸，事故造成220kV阳平站110kVⅠ母失压，110kV石山站Ⅰ母失压。
图4.1 220kV阳平站及110kV石山站运行方式
事故发生前，220kV阳平站及110kV石山站运行方式如图4.1所示。其中220kV阳平站110kV母线并列运行、#3主变中压侧中性点接地运行，110kV石山站母线分裂运行。事故发生后，经过巡线发现，110kV阳石甲线线路走廊靠近石山站侧有超高树木放电烧焦痕迹。分析认为，由于当时下雨且风力较大，造成线路与树木形成高阻接地。
根据保护动作报告及录波数据分析，110kV阳石甲线发生单相高阻接地故障时，各保护动作情况可以分为以下四个阶段：
第一阶段：110kV阳石甲线只有阳平站单侧有开关，配置有距离和零序保护。由于线路是高阻接地且远离保护安装侧，距离保护因测量到较大阻抗超出动作范围而拒动[5]。通过录波数据分析，在保护启动后0ms至2536ms期间零序电流大小为0.8A，达到线路零序Ⅲ段定值（0.2A，1.6S），但是零序保护没有动作。进一步分析，零序电压大小为1.5V左右，而该线路保护零序方向判据的电压门槛为2V，保护不能动作。
第二阶段：#3主变零序方向过流（2.4A，0.9）没有达到定值不动作，在保护启动后2530ms由不带方向的零序过流1时限（0.75A，2.4S）动作跳开母联此时，220kV陽平站Ⅱ母与故障点隔离。
5改进措施
上述案例中，造成线路高阻接地时跳主变的原因主要有两个方面，一是高阻接地情况下距离、零序保护的拒动；二是主变中性点运行方式的配合，特别是从主变放电间隙在过压与击穿两种情况下的保护动作情况下运行方式的配合[6]。从这两个方面出发，我们通过可以采取以下措施来防止此类事故的发生：
1、完善线路另一侧的断路器，给线路配置一套光纤差动保护。光纤差动保护由于其保护原理与过度电阻无关，且动作速度快，可以有效快速切除高阻接地情况下的故障；
2、适当减小线路保护零序方向判据的电压门槛值。零序保护反映过渡电阻能力强，但在高阻接地时会出现因零序电压太小而不能开放。在精度满足的情况下适当减小门槛值，可改善零序保护在高阻接地情况下的动作特性；
3、考虑变压器中性点的运行方式。其中，110kV系统在任意方式下都应该为中性点直接接地系统（任意方式包括：正常运行方式、检修方式、负荷转供方式，或因保护、开关拒动引起的多元件跳闸后形成的运行方式）；
6结束语
线路发生故障时最理想的情况是由线路保护动作切除故障，将停电范围尽量缩小。本文从短路计算模型出发，分析了距离保护和零序保护在高阻接地情况下的动作特性，并以一起高阻接地跳主变的事故作为案例分析，找到了距离保护在高阻接地情况下不能动作，零序保护因零序电压小不能开放以及主变中性点运行方式不完善等问题。从理论和实际两个方面论证了高阻接地跳主变的原因。并以此为切入点，提出了配置光纤差动保护、改善零序保护动作特性、考虑主变中性点运行方式等改进措施。
希望通过这些措施的提出，并结合电网运行的实际情况进行改善与应用，达到提高保护动作正确率，最大限度的减少故障对电气设备的损坏，降低故障对电力系统安全稳定的影响。
参考文献
[1] 李风光. 距离保护躲过渡电阻能力研究. 电力系统保护与控制，2011（4）：53～55.
[2] 杨昌洪， 刘承志，陈青华. 高压输电线路距离保护克服过渡电阻能力研究. 电力科学与技术研究，2007（4）： 22～23.
[3] 赵尊华，蔡索琴. 浅谈零序保护在电网中的应用. 电力与能源， 2010（9）： 91～92.
关键词：高阻接地 中性点 零序保护 距离保护
1前言
高阻接地故障不同于金属性短路接地，其过渡电阻大，且不同原理的保护反映过渡电阻能力有所不同，因此高阻接地的情况给线路保护提出了挑战。一旦线路保护无法切除接地故障，在主变运行方式以及各级保护配合问题等一系列因素的影响下，将可能发生主变跳闸事故，导致停电范围扩大。因此，需要对高阻接地的特点和保护动作特性进行深入研究，以得到防止此类事故发生的技术措施。
2金属性接地和经过渡电阻接地
金属性接地短路指线路发生接地时，短路电阻数值很小，可以简化为直接接地，如图1.1。最常见的有经弧光电阻接地。金属性短路接地故障点的边界条件为：UA=0；IB=0；IC=0（以A相短路接地为例）。
经过渡电阻接地是指短路点与地之间短路电阻数值较大，如图1.2。常见的有经超高树木放电接地等。经过渡电阻接地时故障点的边界条件需要引入等效的过渡电阻[1]。
图1.1 单相金属性接地 图1.2 单相经过渡电阻接地
3过渡电阻下保护动作特性
3.1单相经过渡电阻接地故障距离保护动作特性
如图2.1为经过渡电阻Rg单相接地短路的系统图。M侧系统阻抗为ZS，从保护安装处到短路点的阻抗为ZK。以M侧距离保护Z为分析对象，测量电压为Um，测量电流为Im，测量阻抗为Zm。
图2.1 经过度电阻接地系统图
定义Za为附加阻抗。测量阻抗Zm为ZK与Za之和。对于双侧电源系统，一方面N侧的助增作用使得IF>IM，即附加阻抗比过渡电阻本身大[2]。另一方面M侧与N侧有功角差，IF与IM相位不一致，Zm相位发生偏移，可能超出动作范围。根据上述分析，距离保护反映过渡电阻的能力有限，高阻接地时Rg数值较大，测量阻抗数值增大且相位发生偏移，超出阻抗动作范围，造成距离保护拒动。
3.2单相经过渡电阻接地故障零序保护动作特性
再来分析零序保护的动作特性。图3.1为短路接地的零序序网图：
图3.1 经过渡电阻接地的零序序网图
以M侧的零序保护F0为分析对象。零序电压UM0和零序电流IM0的关系为：
UM0= - IM0 ZMS0
其中，ZMS0为M侧系统的零序阻抗。如果系统的零序阻抗角为 0，则正方向故障时，零序电压滞后于零序电流（180 - 0）。且该角度只与系统侧的零序阻抗角有关，而与过渡电阻无关。故零序保护方向判别不受过渡电阻影响。另外由于线路零序阻抗比正序阻抗大，过渡电阻对零序电流产生的影响较小[3-4]。
根据上述分析，过渡电阻不影响零序保护的方向性，只影响，且零序电流大小影响范围有限。零序保护在整定合理、灵敏度满足要求时，理论上在高阻接地情况下能正确动作。
4线路高阻接地跳主变案例分析
220kV阳平站110kV阳石甲线A相发生单相接地故障，线路保护拒动，随后，220kV阳平站110kV母联、#1主变三侧相继跳闸，110kV石山站#2主变跳闸，事故造成220kV阳平站110kVⅠ母失压，110kV石山站Ⅰ母失压。
图4.1 220kV阳平站及110kV石山站运行方式
事故发生前，220kV阳平站及110kV石山站运行方式如图4.1所示。其中220kV阳平站110kV母线并列运行、#3主变中压侧中性点接地运行，110kV石山站母线分裂运行。事故发生后，经过巡线发现，110kV阳石甲线线路走廊靠近石山站侧有超高树木放电烧焦痕迹。分析认为，由于当时下雨且风力较大，造成线路与树木形成高阻接地。
根据保护动作报告及录波数据分析，110kV阳石甲线发生单相高阻接地故障时，各保护动作情况可以分为以下四个阶段：
第一阶段：110kV阳石甲线只有阳平站单侧有开关，配置有距离和零序保护。由于线路是高阻接地且远离保护安装侧，距离保护因测量到较大阻抗超出动作范围而拒动[5]。通过录波数据分析，在保护启动后0ms至2536ms期间零序电流大小为0.8A，达到线路零序Ⅲ段定值（0.2A，1.6S），但是零序保护没有动作。进一步分析，零序电压大小为1.5V左右，而该线路保护零序方向判据的电压门槛为2V，保护不能动作。
第二阶段：#3主变零序方向过流（2.4A，0.9）没有达到定值不动作，在保护启动后2530ms由不带方向的零序过流1时限（0.75A，2.4S）动作跳开母联此时，220kV陽平站Ⅱ母与故障点隔离。
5改进措施
上述案例中，造成线路高阻接地时跳主变的原因主要有两个方面，一是高阻接地情况下距离、零序保护的拒动；二是主变中性点运行方式的配合，特别是从主变放电间隙在过压与击穿两种情况下的保护动作情况下运行方式的配合[6]。从这两个方面出发，我们通过可以采取以下措施来防止此类事故的发生：
1、完善线路另一侧的断路器，给线路配置一套光纤差动保护。光纤差动保护由于其保护原理与过度电阻无关，且动作速度快，可以有效快速切除高阻接地情况下的故障；
2、适当减小线路保护零序方向判据的电压门槛值。零序保护反映过渡电阻能力强，但在高阻接地时会出现因零序电压太小而不能开放。在精度满足的情况下适当减小门槛值，可改善零序保护在高阻接地情况下的动作特性；
3、考虑变压器中性点的运行方式。其中，110kV系统在任意方式下都应该为中性点直接接地系统（任意方式包括：正常运行方式、检修方式、负荷转供方式，或因保护、开关拒动引起的多元件跳闸后形成的运行方式）；
6结束语
线路发生故障时最理想的情况是由线路保护动作切除故障，将停电范围尽量缩小。本文从短路计算模型出发，分析了距离保护和零序保护在高阻接地情况下的动作特性，并以一起高阻接地跳主变的事故作为案例分析，找到了距离保护在高阻接地情况下不能动作，零序保护因零序电压小不能开放以及主变中性点运行方式不完善等问题。从理论和实际两个方面论证了高阻接地跳主变的原因。并以此为切入点，提出了配置光纤差动保护、改善零序保护动作特性、考虑主变中性点运行方式等改进措施。
希望通过这些措施的提出，并结合电网运行的实际情况进行改善与应用，达到提高保护动作正确率，最大限度的减少故障对电气设备的损坏，降低故障对电力系统安全稳定的影响。
参考文献
[1] 李风光. 距离保护躲过渡电阻能力研究. 电力系统保护与控制，2011（4）：53～55.
[2] 杨昌洪， 刘承志，陈青华. 高压输电线路距离保护克服过渡电阻能力研究. 电力科学与技术研究，2007（4）： 22～23.
[3] 赵尊华，蔡索琴. 浅谈零序保护在电网中的应用. 电力与能源， 2010（9）： 91～92.