丁國(guó)峰, 鄔程歡, 王 揚(yáng), 周和平

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為提高供電可靠性,10 kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)通常采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地這兩種運(yùn)行方式。基于以上運(yùn)行方式,電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定,在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),允許帶接地點(diǎn)運(yùn)行2 h。在此情況下,為保證三相電能計(jì)量裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性及系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性,必須確定最合適的接線方式。

1 中性點(diǎn)不接地

10 kV系統(tǒng)較普遍采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。依據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律,流入中性點(diǎn)的電流等于流出中性點(diǎn)的電流[1],即IA+IB+IC=0,任意一相電流等于其它兩相反方向電流的向量之和,三相電流對(duì)稱相等,IA=-(IB+IC),IB=-(IC+IA),IC=-(IA+IB)。三相電能計(jì)量裝置采用Y0/y0接線方式,如圖1所示,對(duì)應(yīng)向量圖如圖2所示[2]。

圖1 三相電能計(jì)量裝置Y0/y0接線方式

圖2 圖1對(duì)應(yīng)向量圖

電能表有三個(gè)計(jì)量元件,每一個(gè)計(jì)量元件的電壓線圈承受的都是相電壓,與其對(duì)應(yīng)的電流線圈流過(guò)的是相電流。三相四線制電能表計(jì)量的三相功率P為[1,3]:

(1)

式中:Ua、Ub、Uc為各相相電壓;Ia、Ib、Ic為各相相電流;Ux為線電壓;Ix為線電流,φ為功率因數(shù)角,φa=φb=φc=φ。

對(duì)于計(jì)量裝置V/v接線方式,通常采用兩臺(tái)單相電壓互感器,接成不完全三角形,如圖3所示[4-5],對(duì)應(yīng)系統(tǒng)電壓向量圖如圖4所示,對(duì)應(yīng)電壓互感器電壓向量圖如圖5所示。

圖3 兩臺(tái)單相電壓互感器不完全三角形接線

圖4 圖3對(duì)應(yīng)系統(tǒng)電壓向量圖

單相電壓互感器一次、二次側(cè)繞組分別標(biāo)有A、X、a、x極性端,第一臺(tái)電壓互感器跨接在A、B相上,承受線電壓UAB,第二臺(tái)電壓互感器跨接在B、C相上,B相為公共點(diǎn),承受線電壓UCB,有UAB=UA-UB,UCB=UC-UB,且UAB=UCB=UCA,構(gòu)成等邊不完全三角形。

圖5 圖3對(duì)應(yīng)電壓互感器電壓向量圖

三相電能計(jì)量裝置V/v接線方式如圖6所示,對(duì)應(yīng)向量圖如圖7所示[6]。

圖6 三相電能計(jì)量裝置V/v接線方式

圖7 圖6對(duì)應(yīng)向量圖

以V/v 接線方式中B相為公共點(diǎn)為例,電流互感器分別串接在A、C相中,采用兩個(gè)計(jì)量元件,第一個(gè)計(jì)量元件的電壓線圈承受線電壓Uab,與其對(duì)應(yīng)的電流線圈流過(guò)線電流Ia,Uab與Ia之間的夾角為30°+φa,第二個(gè)計(jì)量元件的電壓和電流值分別為Ucb與Ic,兩者向量之間的夾角為30°-φc。三相三線制電能表計(jì)量的三相功率P為[7-8]:

(2)

通過(guò)上述計(jì)量分析,可見(jiàn)三相電能計(jì)量裝置Y0/y0及V/v這兩種接線方式在10 kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式下,均能正確計(jì)量三相功率。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

10 kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地運(yùn)行方式,在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),常因接地產(chǎn)生的弧光而引起過(guò)電壓,燒毀運(yùn)行設(shè)備。為此,一些地區(qū)10 kV電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式,如圖8所示[9]。

圖8 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

圖8中,Pc為消弧線圈,CA、CB、CC為三相導(dǎo)線對(duì)地電容,ICA、ICB、ICC為三相電容電流。三相導(dǎo)線對(duì)地電容值不等,ICA+ICB+ICC=ICO,ICO經(jīng)大地流回到電源的中性點(diǎn)。在這種運(yùn)行方式下,三相電能計(jì)量裝置采用Y0/y0接線方式,三相導(dǎo)線均串接電流互感器,ICO零序電容電流被計(jì)量在表計(jì)中。若計(jì)量裝置采用V/v接線方式,則僅在A、C相中串接電流互感器,三相電流平衡方程為ICA+ICB+ICC=0,三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流的平衡方程為ICA+ICB+ICC=ICO,零序電容電流ICO未被計(jì)量在表計(jì)中。由此可見(jiàn),三相導(dǎo)線對(duì)地電容值相差越大,計(jì)量誤差也就越大。

3 單相接地故障

為提高供電可靠性,10 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)中性點(diǎn)無(wú)論是經(jīng)消弧線圈接地還是不接地,繼電保護(hù)均不作用于跳閘,而僅是發(fā)出警報(bào)信號(hào)。假設(shè)A相接地,如圖9所示,各相電壓變化如圖10所示[10]。

正常運(yùn)行時(shí),三相電壓基本對(duì)稱相等,中性點(diǎn)電壓Uo視為0,與大地等電位。當(dāng)系統(tǒng)A相發(fā)生接地故障時(shí),A相對(duì)地電壓UA為0,中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移,對(duì)地升高為相電壓,與原A相電壓相位相同,B、C相對(duì)地電壓則升高為原來(lái)的1.73倍,即升高為線電壓。由圖10可以看出,系統(tǒng)發(fā)生單相接地,相電壓發(fā)生了變化,但并沒(méi)有改變線電壓的對(duì)稱性。對(duì)于Y0/y0接線方式,因B、C相繞組對(duì)地電壓升高為原來(lái)的1.73倍,勵(lì)磁電流也隨之增大,易引發(fā)磁飽和及鐵磁諧振。而對(duì)于V/v接線方式,無(wú)論正常運(yùn)行或是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障,所承受的電壓均為線電壓,因此不會(huì)引發(fā)上述問(wèn)題。

圖9 電源A相接地

圖10 圖9對(duì)應(yīng)電壓向量圖

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析,從計(jì)量準(zhǔn)確性和安全運(yùn)行的角度考慮,對(duì)于10 kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式,三相電能計(jì)量裝置采用V/v接線方式為宜;對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,三相電能計(jì)量裝置采用Y0/y0接線方式為正確選擇,同時(shí)應(yīng)做好系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)電壓互感器的保護(hù)措施。