賈 奇，張曉慧，趙喜邈，胡光勇，張宏兵

(1.沈陽工程學(xué)院 電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136； 2.國網(wǎng)北京城區(qū)供電公司 崇文供電服務(wù)中心，北京 100000； 3.國網(wǎng)樂山供電公司 運檢部， 四川 樂山 614000； 4.國網(wǎng)定西供電公司 營銷部，甘肅 定西 743000)

21世紀(jì)以來，配電網(wǎng)中性點接地運行方式成為國家有關(guān)部門關(guān)注的熱點，配電系統(tǒng)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、繼電保護(hù)、絕緣配合、電壓等級、電磁兼容等有著很大聯(lián)系[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們越來越依賴電，生活生產(chǎn)無時無刻都與電力息息相關(guān)。因此，提高電網(wǎng)的安全技術(shù)以及提升供電的可靠性成為國家電力公司的重要工作。

配電網(wǎng)是城市供電中的最重要環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)主要工作是從變電站獲取電能，通過線路進(jìn)行輸送、通過變壓器交換、通過一些設(shè)備保護(hù)用電的安全等，將電能安全傳送給用戶。配電網(wǎng)按照不同的電壓等級，分低壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)[2]。上個世紀(jì) 60～70 年代，我國大部分地區(qū)的配電網(wǎng)完成了改造，采用 10 kV。我國大體配電網(wǎng)分為三等，高壓配電網(wǎng)電壓為：110 kV、35 kV (23 kV)；中壓配電網(wǎng)電壓為：10 kV(6.6 kV)；低壓配電網(wǎng)電壓為：380/220 V[3]。

10 kV中壓配電網(wǎng)應(yīng)用范圍較廣，它在供電網(wǎng)中的地位尤其重要，供電的安全性以及傳輸質(zhì)量更為重要。資料統(tǒng)計，配電網(wǎng)發(fā)生事故的比例較高，由此，研究10 kV配電網(wǎng)的接地方式，對電網(wǎng)系統(tǒng)運行和故障預(yù)測處理具有重要意義。

1 針對幾種中性點接地方式分析

1.1 中性點不接地方式

1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地

由于補償率的不同，在采用消弧線圈接地時分為欠補償、全補償和過補償幾種方式。在電網(wǎng)中，多采用過補償方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，該接地方式可以提高供電可靠性，同時大大地減少了單相接地故障電流，使接地點的電弧迅速熄滅，防止了由于間歇性電弧所產(chǎn)生的過電壓[5]。

1.3 中性點經(jīng)小電阻接地

中性點接電阻接地，當(dāng)單相接地故障電流大于100 A 時，采用小電阻接地方式，該方式的優(yōu)點是快速切除故障，過電壓水平低，可采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備[6]。

2 對某市區(qū)幾個典型變電站仿真建模分析

2.1 某變電站仿真模型的建立

針對10 kV城市配電網(wǎng)，變壓器等級為10 kV/0.4 kV，dy11接法，利用ETAP軟件構(gòu)建的變電站仿真模型如圖1所示。

圖1 某市區(qū)某變站仿真模型

接地容流的計算方法：

網(wǎng)絡(luò)簡化方式為：每回出線模擬為一回到兩回主線+兩回支線，所有同型號分支線求和歸并。

表1 兩個典型接地短路電流

2.2 某典型變電站中性點經(jīng)消弧線圈接地分析

利用MATLAB進(jìn)行仿真，過電壓波形如圖2所示。

圖2 某變一段母線，消弧線圈方式過電壓MATLAB仿真波形

消弧線圈工作方式：

1)預(yù)調(diào)式-在系統(tǒng)正常時測量系統(tǒng)的電容電流，并將消弧線圈調(diào)節(jié)到對應(yīng)位置，單相接地故障時，消弧線圈零延時進(jìn)行補償[7-8]。

問題：正常運行時，防止諧振發(fā)生。

2)隨調(diào)式-在系統(tǒng)正常運行時測量系統(tǒng)的電容電流，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，調(diào)節(jié)消弧線圈至對應(yīng)的位置。

問題：①測量過程中的諧振；②響應(yīng)時間-對瞬時性單相接地故障的補償效果。

中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，根據(jù)不同補償情況，非故障相工頻過電壓1.708Uφ～1.820Uφ，與中性點不接地時發(fā)生單相接地故障時的情況差不多，但接地點殘流很小，有利于滅弧。為了避免電網(wǎng)切除部分線路時發(fā)生危險的串聯(lián)諧振過電壓，一般采用過補償方式。

2.3 某典型變電站中性點經(jīng)小電阻接地分析

利用MATLAB進(jìn)行仿真，過電壓波形如圖3所示。

圖3 某變一段母線，10 Ω小電阻接地方式過電壓MATLAB仿真波形

利用MATLAB進(jìn)行仿真，故障支路零序電流波形如圖4所示。

圖4 某變一段母線，10 Ω小電阻接地方式故障支路零序電流MATLAB仿真波形

中性點經(jīng)低電阻接地方式，限制過電壓的能力非常好，接地電流非常大，系統(tǒng)沒有帶故障運行的能力，繼電保護(hù)設(shè)備只能動作于線路跳閘；而中性點經(jīng)高電阻接地方式，具有一定的抑制單相接地過電壓的能力，而且單相接地電流和中性點電流不太大，有帶故障運行的能力[9]。

3 對幾種接地方式選擇的分析

3.1 中性點不接地方式

通過調(diào)研的兩所郊縣變電所，電纜占比在10%以下，接地容流均小于10 A，但隨著架空絕緣導(dǎo)線的改造和較多的架設(shè)分支，有接地總電流接近10 A,建議在改造前后，進(jìn)行電容電流測試實驗。目前的電容電流測試儀主流產(chǎn)品對于無消弧線圈的系統(tǒng)的測試比較準(zhǔn)確，可以在不影響系統(tǒng)運行的情況下，通過從PT二次開口處注入異頻信號的方法取得測量值。

對于變電所全段母線接地電容電流超過10 A的，要注意運行方式盡量避免并列運行時帶上所有負(fù)荷，尤其是線路較長的負(fù)荷。如果有升級改造后淘汰下來的消弧線圈，在變電所允許情況下，建議可以采用立舊的方式進(jìn)行備用，在需要的時候可以投入運行。

針對不接地方式給出的建議如下：

1)PT改造抑制鐵磁諧振過電壓的建議

對于不接地系統(tǒng)，為降低可能出現(xiàn)的鐵磁諧振過電壓，3PT接線方式改為4PT接線方式，即在3PT中性點加入一個零序PT，以短路阻抗代替勵磁阻抗，理論和實踐均證明這是比較有效的減少鐵磁諧振。

需要注意的是如果用戶側(cè)或者系統(tǒng)內(nèi)其他相連的母線上具有中性點直接接地的PT，僅變電所母線改造成4PT方式，是無效的。對無法進(jìn)行徹底改造4PT條件的，建議采用PT中性點加裝非線性電阻進(jìn)行消諧。目前考察變電所二次消諧裝置投入率不高。

2)關(guān)于故障選線裝置的建議

對于架空線路為主的郊縣變電站，每回母線所帶線路少于四回情況下，人工拉選加調(diào)度員判斷，還是可以采用。在可能情況下，可將消弧線圈方式下選線不準(zhǔn)的選線裝置，立舊到農(nóng)網(wǎng)變電所，在不接地系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的選線裝置對永久接地故障(非高過渡電阻接地)還是有著很高的選線準(zhǔn)確率。對于出線回數(shù)較多的，建議增設(shè)選線裝置，避免頻繁進(jìn)行開關(guān)操作，減少操作過電壓，以及提高供電可靠性。

3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

要對近幾年的跳閘率、消弧線圈動作次數(shù)、故障選線裝置、設(shè)備破壞率等進(jìn)行統(tǒng)計，同時要對消弧線圈設(shè)備和選線裝置類型進(jìn)行分類統(tǒng)計，視具體情況，決定是否需要改造。應(yīng)以事故率高低進(jìn)行排序，決定變電所是否需要改造。尤其是對于頻繁出現(xiàn)電纜事故和PT事故的變電所，應(yīng)集中分析原因，避免頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳的單純更換事故設(shè)備的方法進(jìn)行故障消除。

3.2.1 預(yù)調(diào)調(diào)匝方式消弧線圈接地方式的變電所

需要注意的是這種運行方式的消弧線圈，由于帶有定值阻尼電阻箱，最好改造為非線性電阻箱，可以有效抑制中性點電壓過高和虛地現(xiàn)象的產(chǎn)生，減少接地誤報的幾率。非線性電阻可始終處于工作狀態(tài)，避免了頻繁投切定值電阻箱造成的故障，以及定值不配合問題產(chǎn)生的工頻諧振。

3.2.2 自動跟蹤調(diào)諧相控式消弧線圈

相控式(高阻抗變壓器)消弧線圈具有正常運行時遠(yuǎn)離諧振點，降低工頻諧振產(chǎn)生幾率，故障時，迅速調(diào)整到諧振點附近，要求必須有足夠快的投入速度，否則，在短路的一個周期內(nèi)將得不到有效的補償，一般投入應(yīng)以小于20 ms的作為首選，可以有效進(jìn)行工頻接地電流的補償，并降低諧振過電壓產(chǎn)生的幾率。這種運行方式，可控硅宜工作在全導(dǎo)通狀態(tài)，如果工作在全截止?fàn)顟B(tài)，無法消除鐵磁諧振現(xiàn)象。

小電流接地選線裝置，老式以穩(wěn)態(tài)方法進(jìn)行故障選線的裝置，已經(jīng)不適合消弧線圈接地系統(tǒng)使用，必須進(jìn)行改造，采用復(fù)合判據(jù)的暫穩(wěn)態(tài)聯(lián)合判斷方法進(jìn)行故障選線，對已經(jīng)采用復(fù)合判據(jù)進(jìn)行選線的，視其選線準(zhǔn)確程度，決定是否可以繼續(xù)使用。

對于選線裝置準(zhǔn)確率不高，且電纜事故頻發(fā)的變電所，可以嘗試采用消弧線圈并聯(lián)電阻方式進(jìn)行選線，這種選線準(zhǔn)確率較高，但改造投資較大，需要增設(shè)并聯(lián)電阻，還需要消弧線圈控制設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)電阻的投切、零序電流互感器的改造，本質(zhì)上這是一種短時由小電流接地系統(tǒng)變?yōu)榇箅娏飨到y(tǒng)以辨別出故障線路的方法。

近幾年出現(xiàn)了采用暫態(tài)行波方法進(jìn)行單相接地故障的選線，采用暫態(tài)行波方法進(jìn)行故障選線已有裝置應(yīng)用于現(xiàn)場，準(zhǔn)確率仍有待實驗反饋。最新的是以“基于單相電流行波的配電線路單相接地故障選線方法” ，理論較為先進(jìn)，目前還沒有查到成型產(chǎn)品，需要跟蹤市場上新的動態(tài)。

目前在消弧線圈接地方式運行下，加裝消弧柜的辦法能夠有效抑制間歇弧光接地，原理是在間歇弧光接地時，消弧柜形成穩(wěn)定金屬接地點，抑制故障點間歇電弧發(fā)生，如果退出接地開關(guān)后，仍然有間歇電弧產(chǎn)生，則再次投入后，發(fā)出選線信號，等待故障處理。但這種裝置的實用情況，還有待反饋。

3.3 中性點經(jīng)小電阻接地方式

近年來，北京、上海、杭州、廣州、蘇州工業(yè)園等市區(qū)電網(wǎng)均采用了中性點接小電阻方式接地，深圳選16 Ω電阻，不銹鋼材質(zhì)；廣州、上海、北京選10 Ω電阻，鑄鐵和不銹鋼材質(zhì)。

多年運行表明，低電阻接地方式可降低單相接地時非故障相的過電壓，抑制弧光接地過電壓，消除PT諧振過電壓和大部分?jǐn)嗑€諧振過電壓，系統(tǒng)單相接地時避免發(fā)展成相間短路，過電壓水平大大降低，配電網(wǎng)的運行可靠性提高，接地保護(hù)方式較簡單，電纜可選擇較低絕緣水平的，節(jié)省投資。其原因是電纜、絕緣架空線的大量使用，瞬時故障大大降低，缺乏有效快速的選線裝置。

電纜線中某點接地，大電流電弧有可能燒毀電纜并波及同一電纜溝內(nèi)的相鄰電纜，從而擴(kuò)大了事故或釀成火災(zāi)；引起地電位(跨步電壓)升高超過安全允許值[10]。最為顯著和不利的就是，對于有架空線路的配電網(wǎng)甚至全電纜網(wǎng)絡(luò)，單相接地跳閘次數(shù)會比非有效接地方式呈現(xiàn)明顯增加。如果還未實行環(huán)網(wǎng)供電或線路沒有裝重合閘，則跳閘率會大大增加。小電阻接地只能靠零序保護(hù)速斷，解決以上的問題。

小電阻接地方式改造是一個系統(tǒng)工程 ，需要投入大量的人力、物力和資金，應(yīng)慎重對待。

根據(jù)配電網(wǎng)規(guī)劃屬于電纜網(wǎng)發(fā)展區(qū)域，應(yīng)按區(qū)域規(guī)劃成片改造，同一規(guī)劃區(qū)域內(nèi)應(yīng)采用相同的中性點接地方式，以利于負(fù)荷轉(zhuǎn)供。應(yīng)按照“自下而上”的方式進(jìn)行改造，即變電站10 kV母線低電阻接地系統(tǒng)改造之前，應(yīng)提前安排本母線所帶開關(guān)站、配電室、用戶等的零序保護(hù)改造(含低壓接地改造)，其零序保護(hù)按照有關(guān)原則進(jìn)行整定及驗收調(diào)試，除了常規(guī)保護(hù)配置外，還應(yīng)配置兩段零序電流保護(hù)作為該元件的主保護(hù)和后備保護(hù)。對于饋線都需要進(jìn)行零序保護(hù)改造，尤其是混有架空線路的，必須裝設(shè)自動重合閘，以消除瞬間故障造成的跳閘停電。

4 結(jié) 論

結(jié)合配電自動化系統(tǒng)在各級線路和分支線路上安裝故障指示器，進(jìn)行故障指示，以便于故障后的故障點定位查找，如果將故障指示信號上傳監(jiān)控中心，會大大縮短故障查找時間。還可以配合使用便攜式直流注入式故障點定位裝置，進(jìn)行故障點的查找。

對重要負(fù)荷必須實現(xiàn)雙回或多電源供電，保證重要負(fù)荷的供電可靠性。對含有架空線路的必須裝設(shè)重合閘，減少因瞬時故障引起的跳閘停電。

中性點小電阻接地方式的試點改造，一次設(shè)備上主要是加裝電阻箱和斷路器，改造最大的工作量在繼電保護(hù)方面，零序CT、PT,裝設(shè)故障指示器，這些工作可以在配電自動化改造過程中先完成，即使對消弧線圈工作方式也是有著實際意義，待條件具備后，投入小電阻運行實驗總結(jié)。

對處于欠補償狀態(tài)的變電所進(jìn)行消弧線圈容量擴(kuò)容改造，采用增加消弧線圈容量、增設(shè)消弧線圈、進(jìn)行母線分段等方法保證合適的過補償運行方式。

對于故障選線裝置不準(zhǔn)的，改造為消弧線圈并聯(lián)電阻方式選線，并在所有各級線路和分支線上，安裝故障指示器，由于故障后投入電阻會大大增加短路的零序電流，可以實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的選線和故障指示，縮短故障查找和定位時間，并配合便攜式直流注入式故障點定位裝置進(jìn)行輔助查找。

建議將所有消弧線圈的脫諧度、電容電流等運行信息，傳入監(jiān)控中心，方便調(diào)度人員及時了解現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)，一旦發(fā)生設(shè)備故障或發(fā)生異常狀態(tài)，進(jìn)行報警，以便及時的進(jìn)行維修與更換。如不能實現(xiàn)信息上傳，建議巡檢中對超出運行規(guī)程的運行狀態(tài)進(jìn)行拍照上傳，讓調(diào)度和檢修人員及時了解并處理。

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