關(guān)于20 kV配電網(wǎng)靈活接地方式若干問(wèn)題的探討

朱維明，徐建強(qiáng)，仇群輝，郭 磊

（1.浙江電力調(diào)度控制中心，杭州 310007；2.桐鄉(xiāng)市供電局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3.嘉興電力局， 浙江 嘉興 314033）

0 引言

中壓配電電壓從10 kV提升至20 kV對(duì)于提高城鄉(xiāng)電網(wǎng)供電能力和電能質(zhì)量，緩解電網(wǎng)發(fā)展的資源約束，滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的電力需求具有重要的意義。

配電網(wǎng)升壓至20 kV應(yīng)在原有10 kV配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，盡可能充分利用10 kV存量設(shè)備，從而達(dá)到合理利用資源，最大程度節(jié)省升壓改造成本的目的。

在升壓改造過(guò)程中，部分設(shè)備（如架空線路和部分電纜線路）可直接進(jìn)行升壓，但升壓后，原有設(shè)備的耐壓水平達(dá)不到20 kV配電網(wǎng)規(guī)定的要求。若采用傳統(tǒng)的不接地或消弧線圈接地方式，必然對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行造成隱患，還將產(chǎn)生單相接地故障下的系統(tǒng)選線困難；若采用傳統(tǒng)的小電阻接地方式，則不能解決瞬時(shí)單相接地故障線路頻繁跳閘問(wèn)題。

桐鄉(xiāng)供電局在20 kV改造初期采用小電阻接地方式，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2011年20 kV線路跳閘179條次，其中單相接地故障引起的跳閘141條次，占總跳閘次數(shù)的78.8%。因此，降低20 kV單相接地故障跳閘率成為提高20 kV供電可靠性的關(guān)鍵。

1 靈活接地方式

圖1 靈活接地方式原理

靈活接地方式的原理如圖1所示，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈通過(guò)中性點(diǎn)與電網(wǎng)相連，控制器隨時(shí)計(jì)算電網(wǎng)的電容電流，將消弧線圈調(diào)至相應(yīng)的檔位，小電阻未并入中性點(diǎn)。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈發(fā)揮補(bǔ)償電網(wǎng)電容電流的作用，使故障電流減小，系統(tǒng)可連續(xù)工作。若線路為永久接地故障，則經(jīng)一定的延時(shí)后，由控制器發(fā)出指令，閉合小電阻開關(guān)，利用小電阻抑制過(guò)電壓，同時(shí)進(jìn)行故障選線。采用靈活接地方式不但能滿足設(shè)備的耐壓水平要求，并且能在瞬時(shí)故障下保證供電連續(xù)性。

為降低小電阻接地方式下20 kV線路單相接地故障的跳閘率，桐鄉(xiāng)供電局選取2個(gè)變電站作為試點(diǎn)，將小電阻接地方式改造為靈活接地方式。根據(jù)瞬時(shí)接地故障的特點(diǎn)及設(shè)備絕緣的承受能力，20 kV線路發(fā)生永久性單相接地時(shí)（即零序電壓超過(guò)定值不消失），設(shè)定延時(shí)3 s投入小電阻，故障線路跳閘，并允許線路進(jìn)行重合1次；根據(jù)后備零序保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間增加一定裕度，設(shè)定小電阻投入保持時(shí)間為5 s，確保零序保護(hù)可靠動(dòng)作切除接地故障；最后自動(dòng)退出小電阻，恢復(fù)消弧線圈接地運(yùn)行。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從改造完成投入運(yùn)行至2011年12月底，2個(gè)變電站共發(fā)生接地故障22次，而線路零序保護(hù)動(dòng)作出口跳閘只發(fā)生1次，單相接地故障的跳閘率得到了明顯改善。

2 運(yùn)行中的問(wèn)題與對(duì)策

2.1 控制回路故障

實(shí)際運(yùn)行中，若小電阻開關(guān)控制回路故障或小電阻開關(guān)本身機(jī)械故障，在發(fā)生永久性接地故障時(shí)小電阻就不能可靠投入，將導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在過(guò)電壓下。為了保證線路發(fā)生永久性接地故障時(shí)能夠可靠投入小電阻，對(duì)投切小電阻的回路進(jìn)行雙重化配置：增加1個(gè)接觸器與小電阻開關(guān)并聯(lián)，接觸器與開關(guān)的啟動(dòng)回路與控制回路完全獨(dú)立，投切時(shí)間與小電阻開關(guān)相同，即保證線路永久性接地故障時(shí)，開關(guān)和接觸器同時(shí)投入，同時(shí)退出。

考慮到開關(guān)和接觸器還是存在同時(shí)拒動(dòng)的可能，設(shè)定相關(guān)后備保護(hù)回路，在系統(tǒng)零序電壓超過(guò)定值一定時(shí)間，而開關(guān)和接觸器均未動(dòng)作時(shí)，則通過(guò)主變非電氣量保護(hù)延時(shí)跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)，切除故障母線。

通過(guò)小電阻投切回路雙重化配置及增設(shè)后備保護(hù)回路，保證了靈活接地方式控制回路的運(yùn)行可靠性。

2.2 高阻接地

線路經(jīng)高阻接地時(shí)，系統(tǒng)零序電壓升高，延時(shí)3 s后投入小電阻，此時(shí)的故障量特征是零序電流較小，而零序電壓也會(huì)因投入小電阻而減小，高阻接地故障錄波如圖2所示。

若零序電流小于線路零序保護(hù)定值，線路零序保護(hù)將不會(huì)動(dòng)作；而由于零序電壓的減小，跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)的后備保護(hù)回路也不會(huì)啟動(dòng)，接地故障就不會(huì)被切除。如果接地故障一直不消失，小電阻控制回路就會(huì)重復(fù)投入、退出小電阻的過(guò)程，這會(huì)使小電阻因長(zhǎng)期接通零序電流而發(fā)熱燒毀，系統(tǒng)絕緣也會(huì)遭受破壞。

針對(duì)高阻接地工況可采取如下措施：

（1）適當(dāng)減小線路零序保護(hù)定值。根據(jù)《浙江電網(wǎng)20 kV系統(tǒng)繼電保護(hù)配置及整定運(yùn)行規(guī)范》，在低電阻接地系統(tǒng)中，應(yīng)考慮線路經(jīng)電阻（不小于20 Ω）接地故障的靈敏度，線路零序保護(hù)最末一段定值一般不應(yīng)大于200 A?，F(xiàn)桐鄉(xiāng)配網(wǎng)零序Ⅱ段定值考慮線路末端經(jīng)20 Ω過(guò)渡電阻接地的靈敏度整定，在校核可靠躲過(guò)電容電流的情況下，零序Ⅱ段定值還有調(diào)整的余地，可適當(dāng)減小線路零序保護(hù)定值以保護(hù)小電阻。

（2）增加小電阻投切的計(jì)數(shù)回路，在小電阻連續(xù)投切2～3輪后將小電阻閉鎖在退出位置，從而保證零序電壓不返回，依靠跳主變的后備保護(hù)回路切除故障母線。

2.3 間歇性接地

消弧線圈減小了線路故障點(diǎn)流過(guò)的電流，但可能使故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定燃燒形成間歇性電弧，間歇性接地使零序電壓不斷返回，從而使小電阻不能投入。間歇性接地故障錄波如圖3所示。

《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》指出，66 kV及以下系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，其大小隨接地方式不同而異。對(duì)于小電阻接地系統(tǒng)，一般情況下最大過(guò)電壓不超過(guò)2.5pu。而在消弧線圈接地情況下，單相間歇性電弧接地過(guò)電壓一般達(dá)3～4倍相電壓，將對(duì)20 kV設(shè)備絕緣造成極大破壞。

針對(duì)線路故障點(diǎn)間歇性接地使零序電壓不斷返回，從而造成小電阻不能投入的情況?？蓪?dòng)小電阻投入回路的時(shí)間繼電器設(shè)置一定的返回延時(shí)，躲過(guò)間歇性接地零序電壓不斷返回的影響，確保小電阻的可靠投入，從而利用小電阻抑制過(guò)電壓，進(jìn)而故障選線，切除接地故障。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于原10 kV升壓改造為20 kV的混合線路，不宜直接采用消弧線圈接地方式，而采用靈活接地方式即可滿足設(shè)備耐壓水平要求，又能在瞬時(shí)接地故障下保證供電安全性和連續(xù)性。對(duì)靈活接地方式實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題提出改進(jìn)措施后，將進(jìn)一步提高靈活接地方式的運(yùn)行可靠性與安全性。

[1]侯義明，張東霞，彭冬，等.20 kV中壓配電理論研究與工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

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[4]許慶強(qiáng)，許揚(yáng)，周棟驥，等.小電阻接地配電網(wǎng)線路保護(hù)單相高阻接地分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（9）：91-94.