中性點(diǎn)小電阻接地方式研究

李 博，陳國(guó)龍，寧 寧 ，王長(zhǎng)春，吳卓航

(1.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015；3.國(guó)網(wǎng)營(yíng)口供電公司，遼寧 營(yíng)口 115000)

中性點(diǎn)小電阻接地方式研究

李 博1，陳國(guó)龍2，寧 寧3，王長(zhǎng)春2，吳卓航2

(1.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015；3.國(guó)網(wǎng)營(yíng)口供電公司，遼寧 營(yíng)口 115000)

中性點(diǎn)接地方式的選取和應(yīng)用是提高配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要舉措。66 kV電網(wǎng)中，通常中性點(diǎn)采用不接地和經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式。隨著電纜線(xiàn)路的增加，系統(tǒng)電容電流增大，短路時(shí)電纜燒損的幾率增大，為快速切除故障線(xiàn)路，采用并聯(lián)小電阻接地方式，配合相應(yīng)的控制方式，降低短路時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成的危害，保證66 kV電網(wǎng)安全運(yùn)行。

中性點(diǎn)；電容電流；消弧線(xiàn)圈；小電阻

電網(wǎng)中性點(diǎn)與大地的電氣連接方式，稱(chēng)為電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選取關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1]。目前，國(guó)內(nèi)很多地區(qū)66 kV配電網(wǎng)采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈的中性點(diǎn)接地方式。隨著電纜線(xiàn)路在配電網(wǎng)中所占的比例越來(lái)越高，系統(tǒng)電容電流高速增長(zhǎng)[2]。原有的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式存在補(bǔ)償容量不足的問(wèn)題，在接地故障發(fā)生后，故障點(diǎn)殘流過(guò)大，不利于電弧熄滅，導(dǎo)致電纜局部過(guò)熱，絕緣破壞。近年來(lái)，電纜故障導(dǎo)致的區(qū)域性停電事故時(shí)有發(fā)生[3]。經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式允許單相接地故障狀態(tài)下運(yùn)行2 h，而電纜線(xiàn)路接地故障多為永久性故障，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行極易引發(fā)相間短路，使事故擴(kuò)大。合理選用中性點(diǎn)接地方式對(duì)提高配電網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性具有重要的實(shí)際意義[4]。

東北地區(qū)66 kV系統(tǒng)現(xiàn)有的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式存在著集中式補(bǔ)償容量不足、分散式補(bǔ)償運(yùn)行和管理方式復(fù)雜、消弧裝置自動(dòng)調(diào)諧不到位等問(wèn)題[5]。因此，迫切地需要對(duì)現(xiàn)有的中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行調(diào)研和分析，有針對(duì)性地提出改進(jìn)措施以及合理化的指導(dǎo)方案。

目前，在南方35 kV電網(wǎng)和全國(guó)10 kV電網(wǎng)中，有些采用低電阻接地方式，積累了不少經(jīng)驗(yàn)[6-7]，在東北66 kV電網(wǎng)中，近些年也逐漸開(kāi)始引入小電阻接地。將小電阻接地方式引入到66 kV電壓等級(jí)，如大連的中華路、雁水等220 kV變電站，在220 kV主變66 kV側(cè)中性點(diǎn)加裝小電阻接地。

1 設(shè)計(jì)方案

目前66 kV電網(wǎng)主要集中在東北地區(qū)，中性點(diǎn)主要取決于主變接線(xiàn)方式，220 kV主變主要有YNd11和(YN,yn0,d11)兩種接線(xiàn)型式。對(duì)于前一種，沒(méi)有引出中性點(diǎn)，因?yàn)闊o(wú)法在主變上安裝中性點(diǎn)小電抗，后一種引出中性點(diǎn)，具備加裝小電抗條件。

在220 kV變壓器66 kV側(cè)的中性點(diǎn)(或借用接地變壓器引出中性點(diǎn))串聯(lián)一個(gè)電阻，與系統(tǒng)對(duì)地電容共同構(gòu)成并聯(lián)回路，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相故障，故障產(chǎn)生的弧光過(guò)電壓電磁能量由接地電阻釋放，同時(shí)中性點(diǎn)電壓降低，減少電弧重燃可能性，抑制過(guò)電壓幅值，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的選擇性。此為中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的基本原理和主要目的，如圖1所示。

圖1 小電阻接地原理

正常運(yùn)行的電網(wǎng)中，電纜的不對(duì)稱(chēng)度小，中性點(diǎn)接地電阻起到阻尼作用，此時(shí)主變壓器中性點(diǎn)電壓不存在偏移，系統(tǒng)處于三相平衡狀態(tài)，線(xiàn)路對(duì)地電容電流IA+IB+IC=0，因此通過(guò)小電阻的電流IR=0。

當(dāng)電網(wǎng)接地故障時(shí)，假設(shè)發(fā)生的是A相接地故障，如圖2所示，假設(shè)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的相電壓為Uph，則發(fā)生故障時(shí)，A相接地處的電壓為0，正常B、C相的相電壓由相量圖可知升高為原來(lái)的3倍。

Ia=0，Ir+Ig+Ib+Ic=0

此時(shí)流經(jīng)故障點(diǎn)的故障電流為

Ig=-(Ir+Ic+Ib)

圖2 A相短路

2 小電阻阻值的選擇

在選擇電網(wǎng)的接地方式時(shí)，受多方面因素制約，主要從電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析。在選擇中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí)，接地電阻阻值的選擇原則上考慮3個(gè)方面因素：①考慮限制間隙性弧光過(guò)電壓；②滿(mǎn)足單相接地短路電流小于三相短路電流；③對(duì)通信的干擾限制在一定范圍內(nèi)。

發(fā)生單相接地時(shí)，接地點(diǎn)發(fā)生電弧點(diǎn)燃熄滅過(guò)程。此過(guò)程中系統(tǒng)積累多余的電荷，加劇系統(tǒng)震蕩過(guò)程，產(chǎn)生很高過(guò)電壓。由U=IR可知，電流值一定時(shí)，電阻值越低，電壓值越低，因此在選擇小電阻阻值時(shí)，只要保證Rn<(1～2)(1/3ωc)時(shí)，過(guò)電壓就不會(huì)超過(guò)2.1倍的系統(tǒng)相電壓。通常在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)路聚集的容性電荷也能夠基本上快速泄漏掉，弧光也能快速熄滅，系統(tǒng)也不再產(chǎn)生過(guò)高的諧振過(guò)電壓。

當(dāng)電網(wǎng)的正序、負(fù)序、零序阻抗值相等時(shí)，即X0=X1=X2；不考慮電網(wǎng)的電阻。此時(shí)，當(dāng)選擇的中性點(diǎn)接地電阻值為3Rn=X1=X2時(shí)，系統(tǒng)接近于有效接地情形，單相接地電流為

中性點(diǎn)電壓值

根據(jù)以上公式，結(jié)合控制目標(biāo)就可以計(jì)算接地電阻值Rn，同時(shí)可以有效控制中性點(diǎn)接地短路電流。

3 中性點(diǎn)接地仿真計(jì)算

仿真計(jì)算結(jié)合東北電網(wǎng)的實(shí)際情況，以某220 kV變電站舉例，設(shè)定該站220 kV主變66 kV中性點(diǎn)采取消弧線(xiàn)圈并聯(lián)小電阻接地方式，假設(shè)電阻阻值為38.1 Ω。利用電力仿真軟件BPA，仿真系統(tǒng)66 kV配電網(wǎng)采用小電阻接地情況下，系統(tǒng)單相接地故障過(guò)程，并計(jì)算了兩種接地方式下發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的暫態(tài)過(guò)電壓與穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓水平，以及故障時(shí)的跨步電壓和接觸電勢(shì)。

根據(jù)操作過(guò)電壓分析的模型搭建原則，66 kV母線(xiàn)所連TV及避雷器均可省略不計(jì)，電纜、架空線(xiàn)等輸電線(xiàn)路均采用集中參數(shù)模型。

3.1單相接地故障過(guò)電壓

由于實(shí)際發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)與大地的接觸狀況不盡相同，因而選取了故障點(diǎn)接地電阻為0 Ω(理想金屬性接地)、10 Ω、20 Ω、30 Ω的工況進(jìn)行計(jì)算。故障模擬過(guò)程中，設(shè)定t=0.025 s(A相電壓最高)時(shí)，A相發(fā)生單相接地短路故障，此時(shí)，中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈阻尼電阻從系統(tǒng)中切除，由消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償系統(tǒng)電容電流；t=0.2 s時(shí)投入小電阻，系統(tǒng)進(jìn)入選線(xiàn)跳閘階段；t=0.4 s時(shí)選線(xiàn)完成，切除小電阻。過(guò)電壓如表1、表2所示。

表1 單相接地故障過(guò)電壓(投入小電阻前)

表2 單相接地故障過(guò)電壓(投入小電阻后)

3.2單相間歇性弧光接地過(guò)電壓

故障模擬過(guò)程中，設(shè)定t=0.025 s(A相電壓最大)時(shí)，A相發(fā)生單相間歇性弧光接地故障，系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，非故障相出現(xiàn)較高暫態(tài)過(guò)電壓；此后故障點(diǎn)電流每半個(gè)周波過(guò)零一次，電弧在該電流過(guò)零時(shí)熄滅；故障點(diǎn)熄弧后，A相(故障相)進(jìn)入電壓恢復(fù)過(guò)程，并在電壓達(dá)到一定值時(shí)再次燃弧，形成間歇性弧光接地過(guò)程。計(jì)算中考慮A相電壓恢復(fù)至最大值時(shí)電弧發(fā)生重燃的極端情況，如表3所示。

表3 間歇性弧光接地非故障相過(guò)電壓

經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，220 kV變電站中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式的過(guò)電壓滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于66 kV系統(tǒng)，單相接地故障電容電流大于150 A時(shí)，中性點(diǎn)宜選用小電阻接地方式，能夠迅速切除故障，有效降低長(zhǎng)時(shí)間短路造成的電纜燒損幾率，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的一種有效方法。

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Research on Neutral Grounding Mode with Small Resistance

LI Bo1, CHEN Guolong2, NING Ning3, WANG Changchun2, WU Zhuohang2

(1.Yingkou Vocational and technical college, Yingkou，Liaoning 115000, China；2.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute, Shenyang，Liaoning 110015, China；3.State Grid Yingkou Power Supply Company, Yingkou Liaoning 115000, China)

The selection and application of neutral grounding mode is an important measure to improve the reliability and economy of distribution network. In the 66 kV network, the neutral point is grounded and grounded by arc suppression coil. With the increase of the cable line and the capacitor current the probability of cable loss increases when a short circuit for rapid removal of fault lines.Using a parallel low resistance grounding mode, with the corresponding control method, it reduce the harm to the system caused by the short circuit to ensure the safe operation of power grid 66 kV.

neutral point, capacitive current, arc suppression coil,small resistanc

TM862

A

1004-7913(2017)08-0021-03

李 博(1977)，女，碩士，副教授，從事計(jì)算機(jī)和供配電技術(shù)研究。

2017-03-01)