10kV小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行方式分析與探討

張新明

（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，廣東 中山 528400）

近年來，隨著城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，一些大城市新發(fā)展的10 kV配電網(wǎng)主要采用地下電纜，使對(duì)地電容電流大大增加，如果采用消弧線圈接地，則需要較大的補(bǔ)償容量。中山供電局在2009年的技改項(xiàng)目中，對(duì)5座城區(qū)變電站進(jìn)行了10kV小電阻接地系統(tǒng)改造，本文將對(duì)其中兩座變電站在一年半內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析；并從運(yùn)行人員的角度，深入探討10kV小電阻接地系統(tǒng)的運(yùn)行注意事項(xiàng)。

1 接地方式的分析

1.1 消弧線圈接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式是利用消弧線圈的感性電流對(duì)電網(wǎng)的對(duì)地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使單相接地故障電流小于10A，從而使故障點(diǎn)電弧可以自熄，故障點(diǎn)絕緣可以自行恢復(fù)。單相接地時(shí)不破壞系統(tǒng)對(duì)稱性，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間。

對(duì)以電纜線路為主的城市配網(wǎng)，電容電流很大，很難保證既使殘余接地電流小于10A，又保證中性點(diǎn)位移電壓不超過規(guī)程允許值這兩個(gè)相互制約的條件。另外，消弧線圈不能補(bǔ)償諧波電流，有些城市電網(wǎng)諧波電流占的比例達(dá)5%～15%，僅諧波電流就可能遠(yuǎn)大于10A，仍然可能發(fā)生弧光接地過電壓。

1.2 小電阻接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式主要用于單相接地故障電容電流大、以電纜為主的電網(wǎng)，它的特點(diǎn)主要如下。

1）有效地限制弧光接地過電壓，在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的配網(wǎng)中，當(dāng)接地電弧熄弧后，系統(tǒng)對(duì)地電容中的殘荷將通過中性點(diǎn)電阻泄放掉，所以當(dāng)發(fā)生下一次燃弧時(shí)其過電壓幅值和從正常運(yùn)行情況發(fā)生單相接地故障的情況相同，不會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓。

2）消除系統(tǒng)各種諧振過電壓的最有效措施，中性點(diǎn)小電阻相當(dāng)于在諧振回路中的系統(tǒng)對(duì)地電容兩端并接的阻尼電阻，由于小電阻的阻尼作用，基本上可以消除系統(tǒng)的各種諧振過電壓。

3）降低操作過電壓，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序保護(hù)動(dòng)作,可準(zhǔn)確判斷并快速切除故障線路，如果故障線路是電纜線路，考慮到接地故障一般是永久性故障，對(duì)故障線路不進(jìn)行重合閘，不會(huì)引起操作過電壓。如果是架空線路，由于架空線路發(fā)生瞬時(shí)故障的可能性較大，所以在故障線路跳閘后，還可以重合一次。

4）提高系統(tǒng)安全水平、降低人身傷亡事故，在小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序保護(hù)可以在0.2 ～2.0s內(nèi)動(dòng)作，將電源切除，這就大大降低了接觸故障部位的機(jī)會(huì)，從而減少了人身觸電傷亡的機(jī)會(huì)。

5）有利于降低系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平和提高系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行水平，由于系統(tǒng)的工頻電壓升高和暫態(tài)過電壓倍數(shù)較低，加之無間隙金屬氧化物避雷器保護(hù)性能優(yōu)越，可以將雷電過電壓和操作過電壓限制到較低水平，所以，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備承受的過電壓數(shù)值低、時(shí)間短，可以適當(dāng)降低設(shè)備的絕緣水平，節(jié)約設(shè)備投資，對(duì)采用原標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備則安全可靠性和設(shè)備使用壽命大大增長，同時(shí)也大大提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠水平。

6）可及時(shí)切除故障線路，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)可以簡單的配置零序過流或限時(shí)速斷保護(hù)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護(hù)有較好的靈敏度，所以可以容易地監(jiān)測(cè)和切除接地線路。

2 小電阻接地系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況分析

110kV富豪站、蓮塘站于2009年11月進(jìn)行了10kV小電阻接地系統(tǒng)改造，改造后的一年半時(shí)間，共發(fā)生了各種線路故障共計(jì)10次。

線路故障具體情況與相關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況如表1。

分析該10次線路故障情況，得出如下結(jié)果：

1）單相故障時(shí)，零序1段動(dòng)作；相間故障時(shí)，過流1段動(dòng)作。

2）電纜架空混合線路共發(fā)生故障4次，無論何種故障，重合閘均動(dòng)作，如重合于永久故障，保護(hù)再動(dòng)作于跳閘。

3）全線電纜線路共發(fā)生故障6次，單向故障，重合閘動(dòng)作，如重合于永久故障，保護(hù)再動(dòng)作于跳閘；相間故障，由于相間故障閉鎖重合閘，因此重合閘不動(dòng)作。

4）該10次保護(hù)動(dòng)作均為正確動(dòng)作。

結(jié)合該10次線路故障情況，將中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地與經(jīng)消弧線圈接地進(jìn)行如下對(duì)比。

表1 110kV富豪站、蓮塘站線路故障情況與保護(hù)動(dòng)作情況

表2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地與經(jīng)消弧線圈接地方式下的線路故障對(duì)比

分析該對(duì)比情況，得出如下結(jié)果：

1）無論何種線路，發(fā)生相間故障時(shí)，經(jīng)小電阻接地與經(jīng)消弧線圈接地方式下的保護(hù)動(dòng)作結(jié)果一樣。

2）發(fā)生單相、瞬間故障時(shí)，小電阻接地系統(tǒng)方式下的保護(hù)動(dòng)作于跳閘，然后重合成功；而消弧線圈接地方式下的保護(hù)不會(huì)動(dòng)作于跳閘。兩種方式均不會(huì)造成停電，而且對(duì)于以電纜為主的電網(wǎng)，發(fā)生單相、瞬間故障的機(jī)會(huì)比較小。

3）發(fā)生單相、永久故障時(shí)，小電阻接地系統(tǒng)方式下的保護(hù)動(dòng)作于跳閘，然后重合不成功；而消弧線圈接地方式下的保護(hù)不會(huì)動(dòng)作于跳閘。對(duì)于以電纜為主的電網(wǎng)，發(fā)生接地故障時(shí)，若長時(shí)間帶故障運(yùn)行，可能造成電纜著火；從實(shí)際運(yùn)行情況看，單相接地故障引發(fā)的相間短路故障較多。

4）對(duì)于以電纜為主的電網(wǎng)，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行方式更為合理。

3 小電阻接地系統(tǒng)的運(yùn)行注意事項(xiàng)

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)，以接地變壓器經(jīng)開關(guān)連接在母線上的接線方式諸多。其接地變的停送電操作方式、10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的處理方法均與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式不同。

3.1 小地阻接地系統(tǒng)的運(yùn)行操作要求

1）中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地裝置正式投入運(yùn)行后，若要改為中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，須經(jīng)局總工程師批準(zhǔn)。

2）小電阻接地方式下的不同母線接地系統(tǒng)并列。

（1）為限制單相接地電流，原則上不允許兩臺(tái)及以上的接地裝置并列運(yùn)行，但是在倒閘操作過程中或事故異常運(yùn)行方式下(包括備自投自動(dòng)并列)，允許兩臺(tái)及以上的接地裝置短時(shí)并列運(yùn)行。

（2）當(dāng)兩段或以上不同接地系統(tǒng)的10kV母線并列時(shí)，應(yīng)僅保留其中一套接地裝置運(yùn)行，而將其余接地裝置退出運(yùn)行，采用兩段或以上母線共用一套接地裝置的形式。

（3）如果一套接地裝置因檢修或試驗(yàn)需要退出運(yùn)行時(shí)，在線路零序CT、零序保護(hù)完好的情況下，允許兩段母線共用一套接地裝置。

3.2 單相接地故障處理

1）單相接地發(fā)生后，運(yùn)行人員或集控人員必須及時(shí)判斷接地故障是否消除。運(yùn)行人員到站后，應(yīng)詳細(xì)檢查、記錄保護(hù)動(dòng)作情況，并判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作。

2）在小電阻接地方式下，運(yùn)行中變低開關(guān)因中性點(diǎn)零序保護(hù)動(dòng)作跳閘，所有出線開關(guān)無跳閘，應(yīng)檢查母線所有出線零序保護(hù)動(dòng)作情況。

（1）如故障出線的零序保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)立即切斷故障出線開關(guān)及拉開其兩側(cè)刀閘，迅速對(duì)母線及其他出線恢復(fù)供電，并立即將該段母線的接地裝置退出運(yùn)行，及時(shí)上報(bào)處理。

（2）如只有中性點(diǎn)零序保護(hù)動(dòng)作，所有出線零序保護(hù)均無動(dòng)作信號(hào)，應(yīng)對(duì)連接在該母線上的所有一次設(shè)備、中性點(diǎn)零序保護(hù)及其動(dòng)作計(jì)數(shù)器進(jìn)行檢查。如無異常，則退出該段母線所有出線的重合閘，用短接零序保護(hù)的辦法，逐條跳開出線開關(guān)（含電容器開關(guān)）；如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)切開該出線開關(guān)及兩側(cè)刀閘，對(duì)母線及其他出線恢復(fù)供電。

（3）經(jīng)以上檢查均無發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，可合上變低開關(guān)，對(duì)出線逐條進(jìn)行試送。

3）接地變壓器經(jīng)開關(guān)連接在母線上，運(yùn)行中接地變壓器發(fā)生故障時(shí)，接地變壓器故障其開關(guān)自動(dòng)跳閘后，應(yīng)合上10kV母聯(lián)開關(guān)，切斷故障段變低開關(guān)，將兩段母線共用一套接地裝置運(yùn)行，恢復(fù)該段中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行。一臺(tái)主變供兩段母線運(yùn)行期間，應(yīng)注意主變是否過負(fù)荷。

4 結(jié)論

基于城區(qū)10kV電網(wǎng)電纜線路比例大，導(dǎo)致電容電流大，補(bǔ)償困難以及城區(qū)中的架空線路已逐步實(shí)現(xiàn)絕緣化的特點(diǎn)，與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式相比，城區(qū)10kV系統(tǒng)更適合采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。

10kV小電阻接地系統(tǒng)在中山供電局的運(yùn)行時(shí)間還不是很長，運(yùn)行人員需加強(qiáng)對(duì)其特點(diǎn)與運(yùn)行注意事項(xiàng)的學(xué)習(xí)，定期對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行總結(jié)、分析，不斷積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。