10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式研究

陳海洋

摘 要：配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全性和可靠性，并與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。對(duì)10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式展開了研究，分析了經(jīng)消弧線圈接地及經(jīng)小電阻接地中存在的問題，并提出了解決措施，旨在為有關(guān)需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；中性點(diǎn)接地；消弧線圈；變電站

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.079

在10 kV配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)接地方式的選擇直接影響著電網(wǎng)的安全性能及其供電的可靠性。中性點(diǎn)接地方式主要有經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地兩種，其中，小電阻接地方式比消弧線圈接地方式的限制過電壓水平低，但是在運(yùn)行中存在著較多的問題。因此，在10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的選擇中存在著較大的爭(zhēng)議。

1 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的主要問題

在市區(qū)供電公司10 kV配電網(wǎng)中，約有80%為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，20%為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，未來，將全部改造為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)中，主要存在以下幾方面的問題：①少數(shù)變電站10 kV母線電容電流過大，超過了100 A，消弧線圈長(zhǎng)期欠補(bǔ)償運(yùn)行，出現(xiàn)了線路單相接地后消弧線圈容量無法完全補(bǔ)償電容電流的情況。②部分10 kV母線全部為電纜出線或以電纜出線為主，且電纜溝運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，電纜絕緣水平較低。線路單相接地后系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓升高，易引起電纜溝內(nèi)電纜絕緣被擊穿，甚至引發(fā)多起同溝電纜事故，進(jìn)而擴(kuò)大事故范圍。③部分變電站接地選線裝置應(yīng)用效果不理想，仍要依靠線路輪切查找接地線路。由于城市內(nèi)的重要用戶較多，用戶停電協(xié)調(diào)較為困難，系統(tǒng)接地時(shí)間比較長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間承受電壓易被擊穿。

2 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

10 kV配電網(wǎng)接地方式的選擇在世界上是很有爭(zhēng)議的。目前，我國(guó)各個(gè)地區(qū)都根據(jù)各自的實(shí)際情況采用不同的中性點(diǎn)接地方式，中性點(diǎn)接地方式的相關(guān)規(guī)定有以下2條：①電力部《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中規(guī)定，10 kV電纜線路在電容電流小于30 A時(shí)，采用不接地的方式；大于30 A且需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，采用消弧線圈接地方式；單相接地故障電容電流較大時(shí)，可采用低電阻接地方式，但應(yīng)考慮供電可靠性的要求、故障時(shí)的瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對(duì)電氣設(shè)備的影響、對(duì)通信的影響、繼電保護(hù)的技術(shù)要求以及本地運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等。②《國(guó)網(wǎng)十八項(xiàng)反措》中的14.5.1要求，對(duì)于已經(jīng)安裝消弧線圈，但單相接地故障電容電流依然超標(biāo)的，應(yīng)采取消弧線圈增容或分散補(bǔ)償方式；對(duì)于系統(tǒng)電容電流大于150 A及以上的，也可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況改變中性點(diǎn)接地方式或采取配電線路分散補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

3 經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)涉及的問題

3.1 確定小電阻阻值

目前，大多采用傳統(tǒng)分析比較的方法確定小電阻阻值，即從系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的情況入手，不斷改變中性點(diǎn)接地電阻值，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩方面進(jìn)行計(jì)算，比較隨之改變的單相接地故障電流值、單相接地故障健全相電壓值、弧光接地過電壓值、鐵磁諧振過電壓值等，然后按照規(guī)程規(guī)定值和繼電保護(hù)等方面的約束值綜合比較，最終得出較合適的接地電阻值。此外，也可以通過經(jīng)驗(yàn)確定小電阻阻值，經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為：

R=U/（2～3）I. （1）

式（1）中：R為中性點(diǎn)電阻；U為配電網(wǎng)相電壓；I為配電網(wǎng)接地電容電流。

目前，國(guó)內(nèi)各地區(qū)變電站接地電阻計(jì)算結(jié)果通常為10～15 Ω。

3.2 變電站一次設(shè)備改造

變電站內(nèi)一次設(shè)備的改造主要是在接地變?cè)b設(shè)消弧線圈的位置裝設(shè)接地電阻，并增加刀開關(guān)和電流互感器。此外，由于零序保護(hù)在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)是主保護(hù)，對(duì)于無法獲取線路零序電流的開關(guān)柜需改造加裝零序CT。

3.3 變電站二次設(shè)備改造

經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)可靠切除故障，因此，變電站內(nèi)所有母線連接元件（含站用變壓器、電容器、電抗器、線路）均需增加零序電流保護(hù)。

接地變零序保護(hù)主要作為10 kV出線后備保護(hù)，在10 kV線路故障斷路器拒動(dòng)時(shí)，斷開小電阻接地系統(tǒng)以減小電流。動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與10 kV出線零序過電流保護(hù)配合，保護(hù)動(dòng)作后較短時(shí)限內(nèi)跳開10 kV分段斷路器，閉鎖備自投；第二時(shí)限跳開主變低壓側(cè)斷路器（也可不設(shè)）；第三時(shí)限跳開主變高、低壓側(cè)全部斷路器。

3.4 配電網(wǎng)改造

按照“電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)同步保護(hù)”的原則，要求負(fù)荷側(cè)零序保護(hù)同期投入，避免造成故障越級(jí)。采用小電阻接地的配電系統(tǒng)（含用戶站）高壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)應(yīng)配置零序電流保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，配電網(wǎng)開關(guān)大部分只具備兩相CT，無零序CT，因此，在一次設(shè)備方面需要改造開關(guān)柜，加裝零序CT；二次設(shè)備方面需要增加零序保護(hù)功能或加裝故障指示器。

4 經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)能快速切斷故障，瞬時(shí)故障下能通過重合閘快速恢復(fù)供電，但小電阻接地系統(tǒng)存在的問題也不容忽視。比如，存在供電可靠性下降、系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足的問題。在經(jīng)小電阻接地的情況下，無論是發(fā)生瞬時(shí)接地故障，還是發(fā)生永久接地故障，只要故障電流和故障時(shí)間達(dá)到零序保護(hù)整定值，保護(hù)都會(huì)出口跳閘，造成電壓波動(dòng)，降低供電可靠性。

4.1 防止零序保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)

在經(jīng)小電阻接地方式下發(fā)生接地故障時(shí)，流過線路的電流比較大，如果遇到保護(hù)拒動(dòng)的情況，易擊穿線路絕緣的薄弱部分，對(duì)設(shè)備造成損害，擴(kuò)大事故范圍。如果配電網(wǎng)絡(luò)線路有輕微的接地故障，比如遇到電纜絕緣損壞、異物觸碰架空線、線路避雷器有故障等情況，接地電流達(dá)不到零序保護(hù)的整定值，故障無法依靠保護(hù)切除，需要人工輪切線路來排除故障，進(jìn)而擴(kuò)大了停電范圍，降低了供電可靠性，延長(zhǎng)了切除故障的時(shí)間，提高了單相接地故障演變?yōu)橄嚅g短路的可能性。

4.2 完善相應(yīng)操作

調(diào)整10 kV負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮接地變的裝設(shè)位置，防止母線失去中性點(diǎn)接地，或因方式變化而到時(shí)接地電阻值發(fā)生大的變化。一般情況下，不可使兩臺(tái)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的接地變長(zhǎng)時(shí)間并列，而在倒閘操作過程中允許短時(shí)間并列。但在操作過程中，因設(shè)備、天氣或其他原因，可能會(huì)中斷操作或使操作時(shí)間大幅度延長(zhǎng)，這就需要考慮接地點(diǎn)的退出。

4.3 快速、合理處理越級(jí)跳閘事件

在難以預(yù)防越級(jí)跳閘的情況下，只能通過快速、合理處理越級(jí)跳閘事件盡快排除故障，縮短停電時(shí)間，從而保證供電的可靠性。要想快速、合理處理越級(jí)跳閘事件，就必須了解小電阻接地系統(tǒng)越級(jí)跳閘的特征。

小電阻接地系統(tǒng)的越級(jí)跳閘一般是指接地變零序保護(hù)啟動(dòng)的主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘。接地變零序保護(hù)動(dòng)作反映的是饋線、電容器、站用變接地故障，所以，當(dāng)接地變零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)，要特別注意饋線、電容器、站用變零序保護(hù)動(dòng)作情況以及母聯(lián)、主變低壓側(cè)開關(guān)動(dòng)作的情況。發(fā)生越級(jí)跳閘時(shí)，通常存在接地變零序保護(hù)啟動(dòng)、備自投被閉鎖、部分饋線的零序保護(hù)啟動(dòng)等現(xiàn)象。如果饋線保護(hù)沒有動(dòng)作，則要注意母線是否存在故障，在確定故障原因后，要盡快隔離故障點(diǎn)，恢復(fù)其他無故障設(shè)備的運(yùn)行。

5 結(jié)束語

綜上所述，配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合的技術(shù)問題，關(guān)系著配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，選擇合適的中性點(diǎn)接地方式是保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的必備條件。因此，在10 kV配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性兩方面綜合考慮，選擇合適的中性點(diǎn)接地方式，從而保障配電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕