小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障電流小，瞬時性故障電弧能夠自動熄滅，接地點地電位升高幅度小，有利于提高供電可靠性，消除接觸電壓與跨步電壓觸電風(fēng)險。另一方面，系統(tǒng)接地點長期運行，可能引發(fā)相間短路故障、電纜溝著火，導(dǎo)致大面積停電；墜地導(dǎo)線、樹閃故障等還可能導(dǎo)致人身觸電與火災(zāi)事故。國家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司均已修改了配電網(wǎng)（指中壓配電網(wǎng)）運行規(guī)程，要求快速就近隔離永久性小電流接地故障，是中國配電網(wǎng)運行管理方式的一次重大變革。

在中國，小電流接地故障保護問題長期以來沒有很好的解決，業(yè)界對不同接地方式優(yōu)缺點與適用性、小電流接地故障消弧與保護方法，還存在不少模糊甚至錯誤的認(rèn)識，提出的接地方式改造與接地故障保護方案不盡合理，有必要進一步加強對配電網(wǎng)接地方式與接地故障保護方案的研討。

接地故障保護正確動作率問題

人們一般認(rèn)為，低阻接地系統(tǒng)接地保護動作可靠，而小電流接地故障選線裝置動作正確率低。究其原因，除選線裝置自身問題外，另外一個因素是不同接地系統(tǒng)中對接地故障認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)不同。如果按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行認(rèn)定故障，低阻接地系統(tǒng)保護的正確動作率會低于小電流接地系統(tǒng)故障選線裝置。

低阻接地系統(tǒng)中，調(diào)度人員依據(jù)保護是否動作來認(rèn)定接地故障。國內(nèi)低阻接地系統(tǒng)零序過電流保護動作定值一般不低于40 A。對于10 kV配電網(wǎng)來說，只有接地故障過渡電阻小于140 Ω時，保護才動作。人們在統(tǒng)計保護的正確動作率時，一般不將保護拒動的高阻接地故障考慮在內(nèi)，因此會得到正確動作率高的結(jié)果。

小電流接地系統(tǒng)中，調(diào)度人員主要通過監(jiān)察零序電壓是否越限來認(rèn)定接地故障。小電流接地系統(tǒng)接地故障過渡電阻超過5 kΩ時，系統(tǒng)零序電壓仍可能大于額定相電壓的15%，絕緣監(jiān)察裝置會告警，而接地選線裝置耐過渡電阻能力一般小于1 kΩ，在過渡電阻大于1 kΩ時，選線裝置拒動，從而導(dǎo)致統(tǒng)計到的選線裝置的正確動作率降低。

低阻接地方式的適用性

自上世紀(jì)80年代末，中國上海、北京、廣州等地配電網(wǎng)由諧振接地方式改為低阻接地方式。低阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時非故障相電壓不會明顯升高，繼電保護配置比較簡單。主要缺點是瞬時性故障也會導(dǎo)致跳閘，諧振接地系統(tǒng)改造后短時停電次數(shù)增加一倍左右，長時間停電次數(shù)增加10%；不利于實現(xiàn)高阻接地保護；單相接地故障電流大、接地點地電位升高幅度大，存在接觸電壓與跨步電壓觸電風(fēng)險。

低阻接地方式主要適用于大城市核心區(qū)的純電纜網(wǎng)絡(luò)，因為電纜網(wǎng)絡(luò)里瞬時性故障比例較低，且不存在導(dǎo)線墜地與樹閃之類的高阻故障。

關(guān)于小電流接地系統(tǒng)改造為低阻接地系統(tǒng)

小電流接地系統(tǒng)改為低阻接地系統(tǒng)僅適用于純電纜網(wǎng)絡(luò)，因為架空線路瞬時性故障比例高，系統(tǒng)改造后保護跳閘率顯著上升；而且低阻接地系統(tǒng)的零序過電流保護達不到可靠切除高阻故障的目的。

小電流接地系統(tǒng)改為低阻接地系統(tǒng)，除在變電站安裝接地電阻裝置以及斷路器、配電變壓器處加裝零序電流保護外，還要改造其中電氣裝置的接地裝置，以限制接地故障時地電位的升高，減少觸電風(fēng)險。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621—1997規(guī)定，小電流接地系統(tǒng)接地裝置接地電阻最大值為10 Ω，而低阻接地系統(tǒng)中最大值為5 Ω。因此，改變小電流接地系統(tǒng)接地方式時，需要對不滿足要求的接地裝置進行改造。

低阻接地系統(tǒng)中配電變壓器高壓側(cè)發(fā)生絕緣擊穿故障時，接地電流大，其外殼電壓上千伏，接觸電壓與跨步電壓遠超安全限值。如果配電變壓器保護接地與工作接地共用接地裝置，配電變壓器故障產(chǎn)生的地電位（壓）將沿中性線（地線）侵入低壓用戶系統(tǒng)，帶來極大的安全隱患。DL/T621—1997要求低阻接地系統(tǒng)中配電變壓器保護接地與低壓工作接地分開設(shè)置。英國標(biāo)準(zhǔn)EDS06–0014規(guī)定，在地電位升高大于430 V時，配電變壓器保護接地與低壓系統(tǒng)工作地應(yīng)分開設(shè)置。

小接地裝置的改造涉及大量的投資與工作量，施工往往很困難。實際電纜網(wǎng)絡(luò)仍然存在瞬時性故障的，采用諧振接地方式，瞬時性故障時自動熄弧。如補償后的殘流可能會大于30 A，盡管這種情況下接地電弧已難以自動熄滅，但消弧線圈仍然限制地電位的升高。因此，即使大電容電流的電纜網(wǎng)絡(luò)，采用諧振接地方式也是有益的。法國諧振接地系統(tǒng)的電容電流最大值可達1 000 A。

消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方案

又稱為靈活接地方案，當(dāng)諧振接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，首先利用消弧線圈滅弧，若接地故障在設(shè)定時間內(nèi)未消失，則故障是永久性的，投入與消弧線圈并聯(lián)的小電阻，由零序過電流保護動作切除故障。

該方案保留了諧振接地系統(tǒng)瞬時性接地電弧自動熄滅的優(yōu)點，其實質(zhì)是將諧振接地方式轉(zhuǎn)換為小電阻接地方式，仍然不能可靠切除人體觸電、導(dǎo)線墜地與樹閃等高阻故障，同時還需要改造系統(tǒng)中的接地裝置。

據(jù)南方某地5座20 kV消弧線圈并低阻接地系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，共投入小電阻1 037次，保護動作269次，保護動作率僅為25.9%，說明靈活接地方式并未實現(xiàn)可靠切除接地故障的初衷。

消弧線圈并聯(lián)中電阻接地方案

該方案也是在諧振接地系統(tǒng)中發(fā)生永久性接地故障后投入消弧線圈并聯(lián)的電阻，阻值數(shù)百歐姆，產(chǎn)生數(shù)十安培的附加有功電流，根據(jù)零序有功功率的方向可靠地識別出故障線路。

一些用于并聯(lián)電阻系統(tǒng)的國產(chǎn)選線裝置通過檢測零序電流的變化量實現(xiàn)故障選線，在發(fā)生高阻故障時，零序電流的變化量小，難以保證保護可靠動作。

由于并聯(lián)電阻產(chǎn)生的電流一般為40 A左右，接地電流一般不會超過50 A，接地點地電位的升高幅度有限，因此，可以不用對系統(tǒng)中的接地裝置進行改造。該做法的不足之處是需要在變電站安裝中電阻投切裝置，安裝維護較復(fù)雜，且無法檢測瞬時性故障。

主動干預(yù)型消弧方案

又稱接地故障轉(zhuǎn)移方案，其基本思路是：在接地故障后將故障相在母線處與大地短接，以減小實際故障點電流并使接地電弧熄滅，同時根據(jù)操作前后線路零序電流的變化實現(xiàn)故障選線。

該方案的優(yōu)點是適用于不同規(guī)模的不接地與諧振接地系統(tǒng)，可避免間歇性電弧引起的過電壓，存在的主要問題有：發(fā)生高阻接地故障時會出現(xiàn)選相錯誤，導(dǎo)致短接非故障相母線；雷雨季節(jié)變電站母線頻繁短接，存在安全隱患。國內(nèi)已開發(fā)出“軟開關(guān)”觸點消弧裝置，能夠減少短接故障母線的沖擊電流以及誤選相引起的兩相短路電流，并能夠在誤選相時進行糾正性操作。

法國、意大利在20世紀(jì)80年代曾采用該技術(shù)處理接地故障，目前愛爾蘭ESB電力公司在允許帶接地點長期運行的線路上采用該技術(shù)滅弧。

暫態(tài)接地保護技術(shù)及其應(yīng)用

小電流接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流幅值遠大于穩(wěn)態(tài)值，且不受消弧線圈補償影響，利用其實現(xiàn)故障選線與保護，能夠提高靈敏度與可靠性。主流的暫態(tài)選線方法主要包括暫態(tài)電流群體比較與暫態(tài)方向法。

暫態(tài)電流群體比較選線的依據(jù)是：故障線路暫態(tài)零序電流幅值最大，流向與健全線路相反。選線裝置比較變電站各出線的暫態(tài)零序電流，將暫態(tài)電流幅值最大、極性與其他線路相反的線路選為故障線路。暫態(tài)方向選線的依據(jù)是：健全線路的暫態(tài)電流從母線流向線路，方向為正；故障線路的暫態(tài)電流從線路流向母線，方向為負。暫態(tài)電流的方向通過比較暫態(tài)零序電壓的導(dǎo)數(shù)與暫態(tài)零序電流的極性來識別。   

圖1給出了實際接地故障的線路暫態(tài)零序電壓、電流波形以及特定頻帶內(nèi)暫態(tài)零序電壓導(dǎo)數(shù)與電流的波形圖，故障線路零序電壓導(dǎo)數(shù)與電流波形始終保持反極性，非故障線路零序電壓導(dǎo)數(shù)與電流的波形始終同極性。

圖1  實際接地故障暫態(tài)波形圖

目前，全國各地已有數(shù)千套暫態(tài)法選線裝置投入運行，達到了實用化要求。貴州某市41個變電站采用暫態(tài)選線裝置直接跳閘切除永久性故障，2015年與2016年共發(fā)生永久性接地故障411次，裝置準(zhǔn)確選線跳閘380次，整體動作正確率為92.5%。

在線路上安裝有具有接地方向保護功能的一、二次融合開關(guān)，與變電站選線跳閘裝置通過階梯式時限配合，可有選擇性地就近隔離故障。

暫態(tài)量小電流接地保護方案不需要改造現(xiàn)有中性點接地方式，投資小、安全性好；其不足之處是保護原理較復(fù)雜。

結(jié)語

國家標(biāo)準(zhǔn)GB50613—2010規(guī)定：配電網(wǎng)的電容電流小于10 A，采用不接地方式；電容電流超過10~150 A之間時，采用諧振接地方式；當(dāng)電容電流超過100~150 A，或為全電纜網(wǎng)時，宜采用低阻接地方式。這是業(yè)界專家總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗提出的方案，應(yīng)該作為選擇中壓配電網(wǎng)接地方式的基本指導(dǎo)原則。

近年來，小電流接地故障保護技術(shù)取得了突破，實現(xiàn)了小電流接地故障的就近快速隔離，既可以保留小電流接地系統(tǒng)瞬時性接地電弧能夠自行熄滅的優(yōu)點，又可防止系統(tǒng)長期帶接地點運行造成事故擴大化，同時避免單純依賴出線斷路器切除故障造成全線停電。