任章鰲，汪霄飛(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

配電網中性點接地方式混連運行分析

任章鰲，汪霄飛
(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

通過建模仿真研究了配電網中性點接地方式混連運行時的調諧過電壓以及發(fā)生單相接地故障時的系統(tǒng)過電壓水平和保護配置及故障選線裝置的動作情況。得出了配電網中性點混連運行時的系統(tǒng)過電壓水平優(yōu)于消弧線圈接地方式，與小電阻接地方式一致，仿真結果與實際情況相符；混連接地方式下，發(fā)生單相接地故障時，小電阻接地方式保護配置不受影響，消弧線圈接地方式有利于提高故障選線的準確性。

配電網中性點；混連接地；諧振過電壓；單相接地故障；故障選線

配電混連運行是指配網系統(tǒng)中不同接地方式(消弧線圈和小電阻接地)的兩個變電站或同一站內的不同母線通過聯絡開關或母聯開關合環(huán)運行，從而形成兩種不同的中性點接地方式同時并存運行的狀況。

隨著配網規(guī)模的不斷擴大特別是電纜線路的增多，造成系統(tǒng)電容電流急劇增大。為降低弧光接地過電壓發(fā)生概率，減少過電壓對薄弱絕緣設備的危害，配網10 kV和35 kV系統(tǒng)逐漸由不接地方式改為消弧線圈接地方式或者小電阻接地方式。

一般情況下不同接地方式的配電網系統(tǒng)都是分別獨立運行，但為確保供電可靠性指標，部分配電網不同接地方式的變電站采取牽手互聯的供電措施，從而使得原本獨立運行的系統(tǒng)有可能經聯絡斷路器出現互聯現象。另外同一變電站內由于電容電流增長，原有的消弧線圈容量不能滿足要求，因此需要將小電阻接地方式替代消弧線圈接地進行改造，在同一個變電站內也有可能出現小電阻接地方式與消弧線圈接地方式經母聯開關混連運行的情況。

混連運行是一種配電網系統(tǒng)新的運行方式，較以往的單一的小電阻接地方式或消弧線圈接地方式都有差異，會出現一些有待研究解決的新問題，如系統(tǒng)的過電壓水平和故障選線的準確性等。

1 配電網中性點接地方式混連運行時過電壓分析

1.1 混連接地系統(tǒng)運行的理論分析

混連運行在小電阻接地系統(tǒng)失壓或消弧線圈接地系統(tǒng)失壓后，只有一個接地系統(tǒng)有電源，如圖1所示。

圖1 混連系統(tǒng)

當小電阻接地系統(tǒng)和消弧線圈接地系統(tǒng)通過聯絡開關連接后，假設某條線路C相發(fā)生單相接地故障，過渡電阻為Rg，根據前面對消弧線圈接地系統(tǒng)及小電阻接地系統(tǒng)的分析，可以畫出混連系統(tǒng)的等值電路如圖2所示。

圖2 混連接地系統(tǒng)等值電路

故障點電流是由電網的接地電容電流、小電阻接地系統(tǒng)中性點阻性電流和消弧線圈接地系統(tǒng)中性點感性電流這3個向量合成:

零序電壓為:

一般而言，一個系統(tǒng)由一種狀態(tài)變換(過渡)到另一種狀態(tài)的時候，必然伴隨著某些狀態(tài)量的變化。消弧線圈在這一過程中，其電壓、電流及相角都會發(fā)生變化。

消弧線圈兩端產生的電壓U0稱為位移電壓，它的計算公式為:

式中 Uun為不平衡電壓，為電網不對稱度，主要與電網三相對地電容的差異有關，架空線路的KC在0.5～1.5，電纜線路的KC很??；Uφ為系統(tǒng)相電壓；γ為脫諧度，與消弧線圈的感抗值和系統(tǒng)對地容抗值有關，反映消弧線圈對電網的補償狀態(tài)；d為阻尼率，與線路結構參數有關，正常電網的阻尼率為2%～5%。

在混連運行狀態(tài)下，因整個系統(tǒng)零序電容較原來消弧線圈接地系統(tǒng)是大幅增加，所以系統(tǒng)的脫諧度也大大增加，導致位移電壓減小。

在消弧線圈控制器內增加系統(tǒng)運行模式識別功能，通過實時檢測中性點位移電壓值，利用上式計算實時的脫諧度，當脫諧度是否到達某一個閾值，即可判斷系統(tǒng)是否進入混連運行，消弧線圈控制器可以不再對脫諧度進行控制，以避免分接開關大范圍內調整。如控制器無此功能，則需人工干預，可以將控制器退出運行，消弧線圈可任意檔運行。當配電系統(tǒng)恢復到獨立運行模式時，控制器應進入正常運行狀態(tài)。

1.2 正常運行時諧振過電壓仿真

按照圖3所示電路，對消弧線圈調諧時出現的全補償、過補償(10%)及欠補償(10%)三種狀態(tài)進行仿真。

電路參數:不平衡電壓為100 V；電容為25 μF；電感分別為0.4 H(全補償)、0.35 H(過補償)、0.45 H(欠補償)；電阻為0.1Ω。

圖3 諧消弧線圈調諧過電壓仿真電路

圖4 為全補償時電壓波形，頻率為50 Hz時，電壓值為10 684 V，頻率為50.3 Hz時(諧振點)，電壓達到100599V。

消弧線圈處于過補償或欠補償狀態(tài)時，電壓值衰減很快，只有1 100 V，如圖5所示。增大電感支路所串的電阻值為0.5Ω后，過電壓基本沒有變化。

圖5 過補償、欠補償時電壓波形

在混連狀態(tài)下，相當于在圖3中的電感支路兩端并聯一個電阻，如圖6所示，由于有阻尼電阻導致諧振現象消失，輸出電壓只有60 V左右。

消弧線圈在調諧至全補償狀態(tài)時會出現很高的過電壓，而在過補償和欠補償狀態(tài)下不會出現過電壓。接地方式混連運行時，由于有小電阻的存在，不會出現高的諧振過電壓，中性點位移電壓較低，如圖7所示。

圖6 混連仿真電路

圖7 混連狀態(tài)時的全補電壓波形

1.3 混連接地系統(tǒng)單相接地故障過電壓分析

該模型所述的2個接地系統(tǒng)分別為前述的消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)。將其組合起來就形成了圖8所示的混連接地系統(tǒng)模型。小電阻接地系統(tǒng)的接地電阻為10Ω，消弧線圈運行在全補償狀態(tài)。圖9為混連接地故障波形。

由圖9看出，混連接地系統(tǒng)時，當過渡電阻為0(金屬性接地)時，故障相會出現振蕩過程，非故障相電壓升高至線電壓。當過渡電阻不為0時，故障相的振蕩現象明顯減弱，非故障相電壓降低。

圖8 混連接地系統(tǒng)仿真模型

圖9 混連接地系統(tǒng)故障波形

2 配電網中性點混連接地系統(tǒng)保護效果及故障選線分析

配電網中性點混連接地系統(tǒng)由消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)構成。仿真分析時，假定2個系統(tǒng)有1個系統(tǒng)(變電站)已經失壓，只有1個電源。整個系統(tǒng)的參數設置與圖8相同。

2.1 繼電保護效果分析

1)小電阻接地系統(tǒng)中的線路3中的C相在t為0.04 s時刻發(fā)生金屬性接地短路故障，故障線路的零序參量的變化如圖10所示。

圖10 零序電流波形

2)消弧線圈接地系統(tǒng)中線路6中的A相在t為0.04 s時刻發(fā)生金屬性接地短路故障，檢驗小電阻系統(tǒng)中的線路是否會發(fā)生誤動，零序電流波形如圖11所示。

圖11 非故障線路零序電流波形

2.2 消弧線圈接地系統(tǒng)故障選線分析

1)消弧線圈接地系統(tǒng)中的線路6中的A相在t為0.04 s時刻發(fā)生金屬性接地短路故障，故障線路的零序參量的變化如圖12所示。

圖12 零序電流波形

2)小電阻接地系統(tǒng)中的線路3中的C相在t為0.04 s時刻發(fā)生金屬性接地短路故障，檢驗消弧線圈系統(tǒng)中的線路是否會發(fā)生誤動，零序電流波形如圖13所示。

圖13 非故障線路零序電流波形

由圖10—13可以看出，系統(tǒng)在混連運行狀態(tài)下，小電阻接地系統(tǒng)的線路發(fā)生故障時，故障線路的零序電流依然較大，能保證繼電保護裝置的準確動作，不影響原保護參數的配置。消弧線圈接地系統(tǒng)的線路發(fā)生單相接地故障時，故障線路的零序電流值增大較多，有利于提高故障選線準確性。

3 結論

1)通過對配電網中性點混連接地方式理論分析和仿真計算得出，配電網中性點小電阻接地方式與消弧線圈接地方式可以混連運行。

2)混連運行時一般情況下無需調整繼電保護和選線定值，如需精密配合，則應考慮小電阻保護與消弧線圈選線的保護時間配合問題。

3)配電網中性點混連運行時沒有弧光接地過電壓和諧振過電壓問題，系統(tǒng)過電壓水平優(yōu)于消弧線圈接地方式，與小電阻接地方式系統(tǒng)過電壓水平一致。

4)在混連運行狀態(tài)下，發(fā)生單相接地故障時，小電阻接地系統(tǒng)故障電流較大，不影響原保護參數的配置；而消弧線圈接地系統(tǒng)故障線路的零序電流值很大有利于準確選線。

〔1〕申建強.10 kV配電網混合接地方式運行研究〔D〕.長沙:湖南大學，2011.

〔2〕戰(zhàn)祥新.基于Matlab的小電流接地系統(tǒng)自動選線仿真的研究〔D〕.青島:青島大學，2006.

〔3〕孫式想.小電流系統(tǒng)故障選線的MATLAB仿真〔J〕.科技致富向導，2011(5):47.

Analysis of Hybrid Grounding Operation of Distribution Grid

REN Zhang'ao，WANG Xiaofei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper researches on themodeling and simulation of distribution grid neutral hybrid groundingmode even when runningmixed tuned voltage and single-phase operation over voltage level and protection configuration and fault line selection device when the system grounding fault.It concludes that the system over voltage level is better than the arc suppression coil groundingmode，which is consistentwith the small resistance groundingmethod，and the simulation results are in linewith the actual situation.When single-phase grounding fault occurs in the hybrid grounding mode，the protection configuration of the small resistance groundingmode is not affected，and the groundingmode of arc suppression coil is advantageous to improve the accuracy of fault line selection.

distribution grid neutral；hybrid grounding；resonant over-voltage；single-phase grounding fault；fault line selection

TM862＋.2

B

1008-0198(2017)03-0043-04

任章鰲(1985)，男，博士，工程師，從事高壓設備檢修、試驗及相關研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.012

2016-10-31 改回日期:2016-11-28