光伏电站中压小电阻接地系统单相接地故障分析

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光伏电站中压小电阻接地系统单相接地故障

分析

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光伏电站中压小电阻接地系统不同位置发生单相接地故障时，接地系统的

各处电流大小及相位情况复杂，此种现象会影响保护装置的正确选用及其良好

表现。目前关于中压小电阻接地系统发生单相接地故障的文献较少，并且相关

知识存在不够全面、系统和深入的情况。因此，本文以某光伏电站为例，对中

压小电阻接地系统单相接地故障情况进行了分析。

1 某光伏电站 35kV 接地系统的情况

某光伏电站 35 kV 接地系统采用小电阻接地的方式，具体的接地系统图如

图1所示。

图1 某光伏电站 35 kV 接地系统图

由图 1可知，该接地系统中的接地变压器中性点连接接了 1个阻值为 50.5

Ω的接地小电阻，额定电流为 400 A，允许过流时间为 10 s；1#、2#、3#、6#

光伏进线柜和接地变压器的电流互感器变比均为 300/5 A，4#、5#光伏进线柜

的电流互感器变比均为 500/5 A；主变压器低压侧电流互感器变比为 2×600/5

A，录波回路用电流互感器二次绕组使用的是 1200/5 A 抽头；主变压器高压侧

电流互感器变比为 200～600/5 A，录波回路用电流互感器二次绕组使用的是

400/5 A 抽头。

接地系统发生金属性单相接地时，根据电力系统相关理论，该故障点短路

电流与流过接地变压器中性点电阻的短路电流一致[1]，即：

式中，Id 为单相接地短路电流，A；UN 为系统线电压，kV，此处取 35

kV；R为接地变压器中性点电阻值，Ω，此处取 50.5 Ω。

代入相关数值后可知，Id=400 A。

由于接地变压器的特殊结构，其零序阻抗很小，在式(1)中予以忽略。

2 35kV 接地系统单相接地故障的表现

2019 年3月某日夜间，该接地系统的 2#光伏进线柜发生 B相非金属性接地

故障，发生故障时的录波图如图 2所示。

图2 2#光伏进线柜发生故障时的录波图

由图 2可知，发生故障后，故障回路 B相二次电流 idB 与接地变压器回路

馈线开关柜电流互感器处三相零序电流之和 3I0 基本相同，二者取平均值后

idB=5.46 A，折算成一次电流后约为 327.6 A，与理论值 400 A 接近。考虑到故

障为非金属性接地，所以此值较为合理。由于光伏电站夜间不发电，所以故障

前2#光伏进线柜相当于空载馈出线路。因此，故障前、后非故障相 A相和 C相

的二次电流 idA、idC 约为零。

图3为故障段母线 1#接地变压器回路的故障录波图。

图3 1#接地变压器回路的故障录波图

由图 3可知，故障后，该段母线接地变压器回路的三相电流基本相等，即

接地变压器三相的二次电流 ijA、ijB、ijC 近似为 ijA=ijB=ijC，取平均值后约为

1.85 A，折算成一次电流后约为 111 A；该值约为故障回路故障相电流 327.6 A

的1/3。而 3I0 与故障回路故障相电流基本相等。

由图 2、图 3还可看出，故障回路故障相电流除了与接地变压器回路三相电

流同相位，还与 3I0 及流过接地小电阻的电流 iz 同相位，且 iz=3I0。

图4为故障后 1#主变压器的高压、低压侧电流录波图。

由图 4可知，故障后，1#主变压器低压侧 B相二次电流 iB 为0.884 A，折

算成一次电流约为 212 A，该值约为故障回路单相接地电流的 2/3，且与故障回

路故障相电流同相位；1#主变压器低压侧 A相、C相二次电流 iA、iC 均约为故

障回路单相接地电流的 1/3，且均与故障回路故障相电流相位相差 180°。

由图 4还可看出，故障后，1#主变压器高压侧 A相二次电流近似为零，B

相、C相二次电流 IB、IC 分别为 0.485 A、0.463 A，折算成一次电流分别为

38.8 A 和37 A，再折算至 35 kV 侧分别为 122 A 和116 A，基本相当于 1#主变

压器低压侧 A相、C相电流。其中，1#主变压器高压侧 C相电流与低压侧 B相

电流同相位，高压侧 B相电流与低压侧 A相电流同相位。

此外，从图 4中还可以看出，故障后，1#主变压器的高压、低压侧三相零

序电流之和 3I0 均近似为零，即使主变压器高压侧中性点隔离开关合上、主变

压器高压侧中性点直接接地运行也是如此。

图5为夜间时 2#光伏进线柜 B相接地故障后电流流向规律示意图。

图4 故障后 1#主变压器的高压、低压侧电流录波图

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光伏电站中压小电阻接地系统单相接地故障分析0引言光伏电站中压小电阻接地系统不同位置发生单相接地故障时，接地系统的各处电流大小及相位情况复杂，此种现象会影响保护装置的正确选用及其良好表现。目前关于中压小电阻接地系统发生单相接地故障的文献较少，并且相关知识存在不够全面、系统和深入的情况。因此，本文以某光伏电站为例，对中压小电阻接地系统单相接地故障情况进行了分析。1某光伏电站35kV接地系统的情况某光伏电站35kV接地系统采用小电阻接地的方式，具体的接地系统图如图1所示。图1某光伏电站35kV接地系统图由图1可知，该接地系统中的接地变压器中性点连接接了1个阻值为50.5Ω的接地小电阻，额定电流为40...

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