國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司吳忠供電公司 王鑫

1 引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，10kV 配電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量受到更多的關(guān)注，本文結(jié)合供電實(shí)際情況和應(yīng)用要求，全面分析線路特征，從而落實(shí)規(guī)范化供電管理技術(shù)，更好地抑制配電系統(tǒng)中弧光接地電壓等造成的影響。

2 10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式分析

在傳統(tǒng)的城市配電網(wǎng)應(yīng)用體系中，更多的是環(huán)網(wǎng)供電和多電源供電。因此，電纜出線為主的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式會(huì)影響電容電流參數(shù)，相較于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式具有顯著的優(yōu)勢(shì)。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式參數(shù)如表1所示。

表1 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式參數(shù)

電阻本身是阻尼元件，能夠有效降低諧振過(guò)電壓造成的影響。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻這種接地處理方式能夠顯著降低操作過(guò)電壓造成的影響。在電纜線路接地故障處理過(guò)程中，多數(shù)故障為永久性故障，一般無(wú)法帶故障運(yùn)行，因此，一旦出現(xiàn)單相接地故障，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式和零序保護(hù)模式就能夠形成良好的配合機(jī)制，及時(shí)完成故障的切除，也為故障線路重合閘管理提供支持[1]。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式能夠適用于電容電流參數(shù)較大范圍的動(dòng)態(tài)變化。

3 10kV配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電技術(shù)方案

在10kV 配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電處理工作中，需要關(guān)注接地處理的具體要求，保證繼電保護(hù)裝置動(dòng)作效能滿足應(yīng)用要求，選取適配的處理方式，及時(shí)完成告警控制和處理，為減少故障造成的損失提供保障。

3.1 案例情況

結(jié)合供電管理要求，需要建立更加可控的10kV配電網(wǎng)應(yīng)用管理系統(tǒng)。本文以國(guó)網(wǎng)某市電力公司市南架空線路為例，線路總長(zhǎng)為1915km，電纜線路的總長(zhǎng)達(dá)到6901km，電纜線路占比較高。為此，10kV 母線設(shè)置4 條出線結(jié)構(gòu)，1 條架空線路、3 條電纜線路[2]，系統(tǒng)接地結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)接地結(jié)構(gòu)

由圖1可知，10kV 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中10kV 側(cè)母線利用的是單母分段接地處理模式，正常狀態(tài)下母線獨(dú)自運(yùn)行，每臺(tái)主變配合一段母線就能實(shí)現(xiàn)互為備用的處理。依據(jù)規(guī)范要求，10kV配電系統(tǒng)架空線路選取的是鋁絞線，尺寸為185.0mm2，數(shù)量為19根，直徑為3.5mm，截面積達(dá)到182.8mm2。借助架空出線和電纜出線的線路參數(shù)對(duì)比，能夠有效了解架空線路的應(yīng)用控制水平，維持系統(tǒng)綜合管理效果[3]。

3.2 電氣特性

結(jié)合10kV 配電網(wǎng)接地處理方式的改造方案可知，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中需要落實(shí)不同接地方式的轉(zhuǎn)供電處理。轉(zhuǎn)供電方式是10kV 配電網(wǎng)接地方式退出消弧線圈、退出小電阻、并列運(yùn)行狀態(tài)下的小電阻接地側(cè)非合環(huán)路線，對(duì)單相故障問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)處理情況的對(duì)比評(píng)估。

3.2.1 合環(huán)方式—退出消弧線圈

在合環(huán)操作開(kāi)始前完成消弧線圈的退出處理，將其實(shí)際的接地方式轉(zhuǎn)變?yōu)椴唤拥?，并且將其和小電阻接地方式予以合環(huán)操作，待合環(huán)作業(yè)完成后就能夠獲取有且僅有一個(gè)的接地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)小電阻接地的轉(zhuǎn)型。不同位置單相接地故障狀態(tài)下零序電流波形如圖2所示。

圖2 不同位置單相接地故障狀態(tài)下零序電流波形

由圖2可知，在f1、f2 位置發(fā)生單項(xiàng)接地故障后，線路的零序電流變化也會(huì)隨之產(chǎn)生不同程度的改變[4]。在f1 位置，小電阻側(cè)非合環(huán)線的零序電流參數(shù)接近150A，原有的零序保護(hù)模式展開(kāi)動(dòng)作，并實(shí)現(xiàn)故障線路的隔離。結(jié)合合環(huán)后線路增長(zhǎng)的實(shí)際情況，電容電流參數(shù)也在增加，若是沒(méi)有配置對(duì)應(yīng)的零序方向保護(hù)機(jī)制，零序過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的誤動(dòng)現(xiàn)象。而在f2 單相接地故障狀態(tài)下，線路的零序電流接近200A，線路小電阻側(cè)零序保護(hù)可靠性動(dòng)作應(yīng)用效果較為突出，在切斷故障線路后，原有的消弧線圈接地系統(tǒng)盡管依舊運(yùn)行，卻沒(méi)有及時(shí)消解故障，就會(huì)出現(xiàn)不接地系統(tǒng)單相接地故障問(wèn)題。在實(shí)際合環(huán)處理環(huán)節(jié)中，需要在合環(huán)開(kāi)關(guān)位置展開(kāi)保護(hù)處理，有效進(jìn)行跳開(kāi)合環(huán)開(kāi)關(guān)的控制工作，確保閉鎖小電阻系統(tǒng)側(cè)零序保護(hù)工作順利展開(kāi)，也為原有的消弧線圈應(yīng)用過(guò)程提供告警信息。

3.2.2 合環(huán)方式—退出小電阻

在合環(huán)操作開(kāi)始前退出小電阻，采取不接地處理模式，完成消弧線圈接地系統(tǒng)合環(huán)運(yùn)行管理工作，并將系統(tǒng)改為經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行，零序電流此時(shí)不會(huì)出現(xiàn)通路狀態(tài)。設(shè)定在消弧線圈合環(huán)前予以電容電流調(diào)諧，若是穩(wěn)態(tài)電流在180A 以上，則會(huì)直接形成間歇性弧光接地。合環(huán)方式單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)電流波形如圖3所示。在這種合環(huán)方式中，需要考量小電阻接地系統(tǒng)電容電流參數(shù)變化。在合環(huán)運(yùn)行工作開(kāi)始后，消弧線圈無(wú)法滿足過(guò)補(bǔ)償，甚至出現(xiàn)較為嚴(yán)重的諧振過(guò)電壓現(xiàn)象。此時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，消弧線圈只能暫時(shí)退出，所以這種合環(huán)處理方式的安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖3 合環(huán)方式單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)電流波形

3.2.3 合環(huán)方式—并行運(yùn)行

在合環(huán)操作開(kāi)始前，只需要將兩種接地處理方式直接進(jìn)行合環(huán)處理。兩種基礎(chǔ)性接地處理模式處于并存狀態(tài)?；谙嚓P(guān)參數(shù)的匯總后分析可知，f1位置單相接地故障時(shí)，小電阻側(cè)非合環(huán)零序電流和第一種合環(huán)方式發(fā)生單相接地故障的時(shí)間、數(shù)值參數(shù)較為一致，對(duì)應(yīng)的故障隔離模式也類(lèi)似。在f2 位置上的故障并沒(méi)有得到有效隔離，要想滿足運(yùn)行要求，就要在選線裝置和保護(hù)系統(tǒng)方面予以控制，并在合環(huán)開(kāi)關(guān)位置上設(shè)置具體的保護(hù)模式，以便能夠及時(shí)進(jìn)行故障分析和評(píng)估，確保跳開(kāi)合環(huán)開(kāi)關(guān)的同時(shí)滿足隔離故障。最關(guān)鍵的是，合環(huán)方式在跳開(kāi)合歡開(kāi)關(guān)的同時(shí)，還能夠保證閉鎖小電阻系統(tǒng)側(cè)零序保護(hù)工作順利落實(shí)，第一時(shí)間對(duì)消弧線圈系統(tǒng)發(fā)出警告指令。所以綜合考量設(shè)置、安全以及運(yùn)行穩(wěn)定等因素，選取第三種合環(huán)處理方式較為合理。

4 建模仿真

基于變壓器中性點(diǎn)電壓參數(shù)可知，在建立基礎(chǔ)計(jì)算模型的同時(shí)，需要依據(jù)10kV 配電網(wǎng)系統(tǒng)等值電路模型建立相關(guān)體系，并充分發(fā)揮分布參數(shù)的模擬優(yōu)勢(shì)，更好地維持良好的對(duì)地電容電流管理效能。

4.1 單相接地故障的暫態(tài)過(guò)電壓

一次燃弧過(guò)電壓最大值與電流和電阻的關(guān)系如表2所示。

表2 一次燃弧過(guò)電壓最大值與電流和電阻的關(guān)系（單位:V)

由表2可知，數(shù)值會(huì)隨著中性點(diǎn)電阻的增加而增大，但是對(duì)應(yīng)的增幅有限，在中性點(diǎn)電阻增加的過(guò)程中，中性點(diǎn)暫態(tài)電壓也會(huì)增加，表明中性點(diǎn)小電阻阻值要控制在合理范圍內(nèi)才能夠更好地維持后續(xù)作業(yè)。

中性點(diǎn)電壓波形如圖4所示。

圖4 中性點(diǎn)電壓波形

設(shè)定電纜線路A 相出現(xiàn)單相接地故障，對(duì)應(yīng)的小電阻接地方式為三相電壓波形、中性點(diǎn)電壓波形和接地點(diǎn)電流波形。小電阻接地對(duì)于中性點(diǎn)電壓偏移能夠予以有效控制，以便能夠建立更加可控規(guī)范的管理模式。單相接地故障發(fā)生后中性點(diǎn)電壓幅值和電流幅值都會(huì)降低，對(duì)應(yīng)的非故障相電壓也會(huì)隨之升高1.3倍，此時(shí)，接地點(diǎn)電流增加，就能夠更好地完成接地故障選線工作，在繼電保護(hù)配合下及時(shí)完成故障切除。

4.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

在消弧線圈選取接地方式的過(guò)程中，為了保證后續(xù)作業(yè)的安全性和規(guī)范性，一般在單相接地過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后陸續(xù)開(kāi)展，消弧線圈能夠有效對(duì)線路予以補(bǔ)償，確保對(duì)地電容電流參數(shù)滿足預(yù)期，一定程度上提高熄弧后系統(tǒng)儲(chǔ)能管理的水平，保證系統(tǒng)電壓得以?xún)?yōu)化。因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)過(guò)電壓數(shù)值較大，所以線路對(duì)地電容和消弧線圈電感等電壓參數(shù)都維持較低參數(shù)范圍內(nèi)。

4.3 中性點(diǎn)接地運(yùn)行處理優(yōu)化

在中性點(diǎn)接地方式改造處理環(huán)節(jié)中，需要結(jié)合不同接地處理模式的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估，確保能對(duì)不同狀態(tài)下的電流特性予以分析，利用直接合環(huán)運(yùn)行的方式能夠提升保護(hù)操作的實(shí)效性，完成閉鎖裝置保護(hù)管控和告警信息的實(shí)效性升級(jí)，為系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供保障。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈已經(jīng)不能夠滿足配網(wǎng)的應(yīng)用要求，因此，為了建立完整的系統(tǒng)管理模式，在10kV 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變處理環(huán)節(jié)中，整合具體的合環(huán)控制模式，有效實(shí)現(xiàn)弧光接地電壓的限制處理，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，為配電網(wǎng)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。