基于電阻接地的電力系統(tǒng)保護(hù)的方法

施碧君

【摘 要】在防止事故的發(fā)生中，中性接地技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著我國城市用電的大規(guī)模發(fā)展和海上風(fēng)電的快速興起，出現(xiàn)了更多的電纜供電線路，一旦發(fā)生單相接地故障，更容易導(dǎo)致故障的擴大以至于系統(tǒng)崩潰。所以研究電纜網(wǎng)絡(luò)接地方式、電阻選擇、變壓器保護(hù)配置等開始變得十分重要。本文對小電阻接地方式和接地變壓器進(jìn)行了分析，并對零序電流進(jìn)行仿真，可作為零序保護(hù)的參考。

【關(guān)鍵詞】電阻接地 電力系統(tǒng) 保護(hù)方法

1 引言

在新中國建設(shè)初期，電網(wǎng)運行很少選擇接地保護(hù)，特點就是在發(fā)生故障后系統(tǒng)仍然能夠保證正常工作，提高了供電的可靠性。但是大規(guī)模用電的需求，電纜逐漸變成主要的供電線路，一旦發(fā)生單相接地故障，更容易導(dǎo)致故障的擴大以至于系統(tǒng)崩潰。伴隨電網(wǎng)的發(fā)展歷程，接地保護(hù)方式也在不斷革新變化。以前是直接接地和不接地，現(xiàn)在有諧振接地和電阻接地。直接接地和電阻接地屬于有效接地方式，而不接地、諧振接地和高電阻接地屬于非有效接地方式。這些接地方式按照接地電流大小可分為大電流接地和小電流接地方式。不同的接地方式運行存在差異，我國各地區(qū)發(fā)展情況不同，有采用小電阻接地方式的，也有采用消弧線圈接地方式的，各有利弊，很難說哪一種好，沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的準(zhǔn)則。

2 接地故障和保護(hù)概述

故障接地是指導(dǎo)體由于某種原因意外與大地連接，單相接地短路故障最為常見。單相接地故障一般發(fā)生在多雨、潮濕的天氣里，由樹枝、小動物、絕緣子單向擊穿等原因造成。不僅僅影響了供用電，也很有可能發(fā)生供電設(shè)備短路燒毀，發(fā)生重大事故。單相接地短路有電流劇增的特點，其跨步電壓對對人身安全嚴(yán)重威脅。加強對短路故障保護(hù)的研究，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行顯得十分重要。

我國的繼電保護(hù)技術(shù)，從最初的晶體管保護(hù)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的微處理器保護(hù)控制系統(tǒng)，經(jīng)歷了幾代變革。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后有兩個特點：電流急劇增加和電壓迅速減小。僅僅檢測電壓電流的變化不足于充分反映電力系統(tǒng)的運行情況，利用負(fù)序、零序電流電壓或功率這些只存在故障狀態(tài)下的量來進(jìn)行判別正常狀態(tài)和故障狀態(tài)更加準(zhǔn)確。目前，小電阻接地方式在電纜網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，所以研究小電阻接地系統(tǒng)的單相接地保護(hù)是個重要的方向，需要不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，對保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)完善。

3 影響接地方式的關(guān)鍵因素

不同的接地方式會有不同的特點，針對電纜接地方式，應(yīng)保證以下幾條關(guān)鍵因素。⑴供電的可靠性，供電可靠一直是供電部門的生命線，是供電質(zhì)量的重要指標(biāo)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)在綜合運用加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、配用電自動化、協(xié)同調(diào)度控制等手段來保證供電的可靠性。⑵線路設(shè)備絕緣水平，不同的接地方式會在設(shè)備絕緣水平上有所不同。一般來說，從降低過電壓和絕緣水平的關(guān)系來考慮，系統(tǒng)中性點采用接地程度越高的接地方式，越有利于絕緣。⑶內(nèi)部過電壓，如果中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生了斷線現(xiàn)象，就會產(chǎn)生一定的諧振過電壓。加入接地電阻后，過電壓現(xiàn)象就會有效的被抑制，基本不會發(fā)生斷線諧振過電壓。⑷繼電保護(hù)可靠性，從繼電保護(hù)角度分析，使用大電流接地方式的保護(hù)系統(tǒng)是更加可靠的，零序保護(hù)可采用一段式過電流或二段式速斷流保護(hù)。⑸人身安全，系統(tǒng)建設(shè)首要考慮的問題就是人身安全，遭遇雷擊斷線或者高壓線誤連等情況，中性點電阻接地系統(tǒng)會理解跳閘，有效避免事故的發(fā)生?？梢姡收峡焖偾谐谴_保人身安全的有效方法。

4 Z型接地變壓器的分析

不接地系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，就會造成很大的損失。為了解決這個問題，可以設(shè)置一個可靠地中性點。變壓器（比如Z型）對于無中性點引出來的系統(tǒng)非常關(guān)鍵。Z型接地變壓器的結(jié)構(gòu)式，內(nèi)部是一個三相三柱式的鐵芯，纏繞三個鐵芯柱構(gòu)成繞組，并把繞組分為相同而極性相反的兩段，再將三相繞組連接成星狀，就構(gòu)成了接地變壓器。接地變壓器在制造上有一個突出的結(jié)構(gòu)特點，提供了一個中性點連接電阻或消弧線圈。在電網(wǎng)工作正常情況下，具有電磁特性好、阻抗高、損耗小等特點。特別是Z型變壓器對正序或者負(fù)序電流阻抗非常大，對零序電流卻呈現(xiàn)低阻抗。

5 單相接地故障時零序電流實驗

通過PSCAD仿真軟件包建立40kV海上風(fēng)電系統(tǒng)模型，并進(jìn)行仿真，仿真圖如圖5-1所示，該模型采用母聯(lián)斷路器連接，具有雙母線結(jié)。其中M母線設(shè)置在左側(cè)，N母線設(shè)置在右側(cè)，兩母線通過兩主變（左側(cè)為主變1，右側(cè)為主變2）與220KV出線相連接，從左到右饋線以此為1—8。具體實驗時，故障會分別發(fā)生在饋線2中段和母線上。我們仿真時要求兩地變壓器獨立地接在母線M、N上，要求兩母線并列運行。其中每條電纜長度均設(shè)置為10Km，饋線采用集中參數(shù)模型。中性點小電阻為20，忽略過渡電阻的影響，接地變壓器采用3個單相變壓器接線而成。

圖5-1 系統(tǒng)零序電流仿真模型

本實驗采用中性點經(jīng)電阻接地方式，用PSCAD軟件搭建仿真模型，對線路接地故障和母線接地故障情況下的零序電流分布進(jìn)行了實驗分析，可作為零序保護(hù)的參考。

6 結(jié)束語

中壓配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇有了新的發(fā)展，傳統(tǒng)的不接地方式已經(jīng)很難滿足電網(wǎng)的需求，電力電纜大量使用，小電阻接地方式逐漸被采用，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時能迅速跳閘，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。本文主要研究中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的零序電流和接地保護(hù)，在PSCAD仿真軟件下，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)搭建仿真模型，并對40kV系統(tǒng)模型進(jìn)行了單相接地故障實驗，分析了接地變壓器工作在零序電流的分布情況，為零序電流保護(hù)提供一定的參考。