10kV配電網(wǎng)中性點接地方式的優(yōu)化

丁道敏

摘 要：為了保障配電網(wǎng)系統(tǒng)的有序運行，配電網(wǎng)的接地方式應(yīng)該選合適的中性點接地方式，才能更好地保障電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。該文就10 kV配電網(wǎng)中性點接地方式的運行現(xiàn)狀進行分析，然后針對配電網(wǎng)中性點接地情況提出有效的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：10 kV配電網(wǎng) 中性點接地 優(yōu)化策略

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0041-02

目前，就我國配電網(wǎng)的中性點接地方式來看，主要采用3種接地方式：第一種是中性點對地絕緣接地方式；第二種是中性點經(jīng)消弧線圈接地方式；第三種是中性點經(jīng)電阻接地方式，接地方式的不同，其本身的應(yīng)用場合和特點也有所不同。中性點對地絕緣方式對設(shè)備絕緣擊穿的概率相對較大，主要因為這種接地方式發(fā)生接地故障時，往往會產(chǎn)生較高的過電壓。此外，中性點對地絕緣方式在故障定位方面相對困難，對于發(fā)生的事故難以在較短的時間內(nèi)進行處理，因此，這種方式在很多電網(wǎng)中已經(jīng)被取消。

1 中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)介紹

中性點不接地運行方式的配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障的情況下，還可以繼續(xù)供電，但是配電網(wǎng)的這種優(yōu)勢在電流較大的情況下卻不在顯現(xiàn)。通過對這種配電網(wǎng)的改進，進而研制出中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)，其中，消弧線圈主要是一個可調(diào)電感線圈，在變壓器的中性點位置進行裝設(shè)。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式在配電網(wǎng)為電纜混合線路和架空線路組成時適合使用，主要在于這種方式可以抑制過電壓，有利于降低接地故障，能夠提升電網(wǎng)運行的可靠性。

2 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的配電網(wǎng)運營現(xiàn)狀

2.1 消弧線圈的基本原理分析

電網(wǎng)在運行的過程中發(fā)生接地故障時，在零序電壓作用下，消弧線圈就會產(chǎn)生感性補償電流，該電流的方向與流過故障點的電網(wǎng)電容電流方向相反，所以，流經(jīng)故障點的就是感性補償電流與電網(wǎng)電容電流的矢量和，一定程度上會降低流經(jīng)故障點的電流，電流在過零點時會熄滅電弧，以此來切除故障點。

當前我國電力系統(tǒng)中所使用的10 kV配電網(wǎng)絡(luò)的電源出線側(cè)采用的接線方式一般都是三角形接線方式，系統(tǒng)中沒有中性點引出，因此，需要采用人工方式建立一種中性點。針對系統(tǒng)運行的中性點問題，當前使用Z型接地變壓器來解決，與普通的三相芯式電壓變壓器相比，兩者的結(jié)構(gòu)基本相同。每相鐵芯上的繞組一般會分為上下兩個部分，這兩個部分之間的連接呈現(xiàn)曲折形的連接，即所謂的Z型連接。由于Z型接地變壓器的接線方式相對獨特，在同一柱上兩半部分繞組的零序電流方向往往會相反，因此，所產(chǎn)生的零序電抗相對較小，不會對零序電流產(chǎn)生扼流效應(yīng)。如果將Z型接地變壓器中性點接入消弧線圈，可讓消弧線圈的補償電流自由的流過，因此，這種變壓器經(jīng)常被用作接地變壓器。

電容電流的補償一般分為3種方式，主要包括完全補償方式、欠補償方式以及過補償方式，在電網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行過程中，為了避免諧振過電壓的產(chǎn)生，往往采用的補償方式是過補償方式。

2.2 跟蹤補償式消弧線圈

隨著配電網(wǎng)的改造以及新線路的投產(chǎn)運行，導致互聯(lián)網(wǎng)中的很多線路退出了運行，電力系統(tǒng)的對地零序電容電流也在不斷地發(fā)生變化。為了避免電力補償中諧振過電壓的產(chǎn)生，消弧線圈的補償容量需要隨著系統(tǒng)對零序電容電流的變化而變化，即根據(jù)實際情況調(diào)整消弧線圈的補償容量。我國當前使用的消弧線圈主要有兩種形式：一種是手動調(diào)節(jié)的形式，還有一種是自動跟蹤補償?shù)男问?。在采用手動調(diào)節(jié)的情況下，消弧線圈需要退出運行的狀態(tài)，且需要通過人為方式估算電容電流值，這種情況下往往容易產(chǎn)生較大的誤差，后一種自動實施電容和電流量測量的方式可以自動調(diào)整消弧線圈，確保補償電流能夠快速地適應(yīng)系統(tǒng)的變化，這種自動跟蹤補償?shù)南【€圈是人們的主要選擇。

自動跟蹤補償?shù)南【€圈分為4種方式，包括調(diào)匝式、直流偏磁式、調(diào)氣隙式以及二次調(diào)容式等類型，各種調(diào)節(jié)方式都有自身的優(yōu)缺點，一般電網(wǎng)中普遍采用的方式是二次調(diào)容式消弧線圈。二次調(diào)容式消弧線圈的主要工作原理是利用電容器的投退組合實現(xiàn)電容量的多級變化，通過電容量的變化控制電感以及電流的大小，最終達到控制消弧線圈補償容量的目的。消弧線圈的成套裝置通常由6個部分組成，包括Z型變壓器、二次調(diào)節(jié)消弧線圈、阻尼電阻箱、自動跟蹤調(diào)節(jié)、選線控制器、電容調(diào)節(jié)柜和控制屏。

2.3 消弧線圈的故障檢查

如果中性點經(jīng)消弧線圈接地時，非故障線路零序電流的大小一般等于該線路的接地電容電流，線路的方向是從母線流向線路的容性流。在故障線路的開始階段，出現(xiàn)的零序電流通常是兩個電流的矢量和，其中一個是感性補償電流，還有另外一個是電網(wǎng)電容電流，在過量補償情況下，電流的方向是從自線路流向母線，也可以看作是自母線流向線路的容性電流。所以，故障線路保護安裝位置零序電流的大小等于故障相補償殘余電流與非故障相接地電容電流之和，其本身的方向是從母線流向線路的容性電流。由此可知，通過線路補償之后，費故障線路和故障線路之間的零序電流幅值大小以及電流方向上的差異性就不是特別明顯了，一定程度上增加了接地選線裝置的選線難度。雖然國內(nèi)外對中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線方面已經(jīng)有了突出的研究，且在這方面也取得了較大的成果。但是，通過這些選線原理制造的選線裝置，不夠具備電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用的準確性與可靠性。對于這種現(xiàn)象，電力領(lǐng)域的研究學者和專家認為，還沒有相對準確的微機裝置能夠制動電力跳閘現(xiàn)象。目前很多電網(wǎng)中雖然廣泛地應(yīng)用了跟蹤補償式消弧線圈裝置，但是為了保障這種裝置運行的可靠性，并沒有將其真正地投入運行當中。

3 10 kV配電網(wǎng)中性點接地方式的優(yōu)化策略分析

在配電網(wǎng)運行中，由于線路在發(fā)生單相接地故障時，其非故障相上所產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓會在電力系統(tǒng)絕緣相對薄弱的位置造成閃絡(luò)，導致電力事故的出現(xiàn)。為了避免電力事故的發(fā)生，需要加強對配電網(wǎng)中性點接地方式的優(yōu)化，而新型接地方式就是對配電網(wǎng)中性點接地方式優(yōu)化的結(jié)果，這種方式本身具有補償電容電流能力的作用，同時還能夠降低接地的瞬態(tài)過電壓，無論是在哪一種接地的情況下，都可以順利地選出可能出現(xiàn)的故障線路。具體的接地模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在圖1中，L是消弧線圈的本體，R1為15 ?的小電阻，R2為1 200 ?大電阻，R3是10～100 ?的可以調(diào)節(jié)選線的電阻。各電阻的取值依據(jù)都不同，R1的取值依據(jù)是在抑制瞬態(tài)過電壓的同時，避免過大的故障點電流，而R2的取值依據(jù)則是在發(fā)揮消弧線圈滅弧性的同時，避免電壓漂移。

當電力系統(tǒng)的運行保持正常時，圖1中的K1、K2就會呈現(xiàn)閉合狀態(tài)，而K3就會斷開，中性點經(jīng)消弧線圈并聯(lián)位置的小電阻會接地，如果系統(tǒng)在發(fā)生接地故障的情況下，K1斷開的時間就會延遲，中性點經(jīng)消弧線圈并聯(lián)位置的大電阻就會接地，在單項接地故障消失之后，K1會繼續(xù)閉合，中性點接地的運行將會恢復正常狀態(tài)；如果單向接地故障是永久性的狀態(tài)，K2就會同可調(diào)電阻R3配合，最終實現(xiàn)故障選線。

最后通過系統(tǒng)運行確定中性點位置電壓，延長電壓的恢復時間，一定程度上可以降低發(fā)生間歇性電弧接地的概率。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)的中性點接地方式不同，新型的10 kV配電網(wǎng)中性點接地主要有以下幾個方面的特征：首先是電網(wǎng)保持在正常運行狀態(tài)時，中性點經(jīng)消弧線圈的并聯(lián)電阻接地，能夠避免虛幻接地現(xiàn)象的產(chǎn)生；如果整個線路在發(fā)生瞬時性接地后，中性點接地就會轉(zhuǎn)為經(jīng)消弧線圈并聯(lián)高電阻接地，相應(yīng)的系統(tǒng)阻尼會適當?shù)臏p少，同時能夠保障電力系統(tǒng)的正常運行，此外，新型接地方式對接地時的瞬態(tài)過電壓有一定的抑制作用，在發(fā)生故障的情況下，能夠降低母線上的瞬時過電壓；最后，在線路發(fā)生金屬性接地時，能夠判斷線路的故障點位置。

參考文獻

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