變電站10kV線路中性點(diǎn)接地方式的研究

王巍

摘要：本文對(duì)變電站10kV線路中性點(diǎn)接地做了分析與比較，指出了當(dāng)前的幾種常用接地方式存在的問題，結(jié)合現(xiàn)有的中性點(diǎn)靈活接地方式提出了中性點(diǎn)新型靈活接地方式的研究方向，該方式下中性點(diǎn)接地設(shè)備由消弧線圈和靈活投切的接地電阻器及選線電阻并聯(lián)而成，充分發(fā)揮消弧線圈補(bǔ)償電容電流、提高單相接地故障自恢復(fù)概率的作用，以及電阻抑制弧光接地過電壓和諧振過電壓的作用，并通過投入電阻器產(chǎn)生足夠的電流使在單相永久接地故障下實(shí)現(xiàn)可靠的變電所選線。經(jīng)過對(duì)Matlab仿真結(jié)果的理論分析，驗(yàn)證新型中性點(diǎn)靈活接地方式的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：新型中性點(diǎn)靈活接地；10kV線路；Matlab仿真；故障選線

1. 10kV線路中性點(diǎn)接地方式比較

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式大致可以分為兩類：中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)非有效接地。目前，我國(guó)變電站10kV線路中性點(diǎn)接地方式主要包括：中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)低電阻接地等方式。中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地在供電可靠性，人身設(shè)備安全和電磁兼容性等方面占有優(yōu)勢(shì)，但存在過電壓水平高，難以實(shí)現(xiàn)接地故障的檢測(cè)等不足。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地有利于限制過電壓水平，接地故障易于檢測(cè)，但低電阻接地方式下故障電流大，人身設(shè)備安全難保證。

2.中性點(diǎn)靈活接地方式原理

中性點(diǎn)靈活接地方式是指在經(jīng)消弧線圈接地的中性點(diǎn)上接入并聯(lián)電阻，在發(fā)生單相永久性接地故障后投入此電阻，增大故障點(diǎn)零序電流，從而進(jìn)行故障選線。

此種接地方式存在暫態(tài)過電壓過高等問題。下面本文將介紹一種新型的靈活接地方式，并針對(duì)不同的中性點(diǎn)接地方式通過Matlab仿真比較優(yōu)劣。

3. Matlab仿真

3.1 模型建立

本文使用Matlab軟件中的Simpower system組件建立了一個(gè)35kV變10kV 電站的空載模型。模型使用∏型集中參數(shù)線路模擬輸電線路（15km架空+10km電纜）。模型使用Three-Phase Fault組件模擬接地故障，故障類型設(shè)置為單相永久接地故障，故障線路設(shè)置為第三條出線的B相，經(jīng)過計(jì)算，系統(tǒng)的三條出線總電容電流約為43.71A。

3.2新型靈活接地系統(tǒng)工作模式

10kV新型靈活接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)構(gòu)造方式為中性點(diǎn)經(jīng)Rx、Rb，L并聯(lián)后接地。其中Rx為選線電阻，阻值為600Ω；Rb為并聯(lián)電阻，阻值為30Ω；L為消弧線圈；Rx，L與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連的開關(guān)初始狀態(tài)為斷開，Rb與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連的開關(guān)初始狀態(tài)為閉合。其工作方式為：電網(wǎng)處于正常狀態(tài)時(shí)，一直并接Rb電阻以限制中性點(diǎn)位移電壓，并隨時(shí)為抑制故障時(shí)的暫態(tài)過電壓做準(zhǔn)備。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，并聯(lián)電阻經(jīng)過0.5T后退出，消弧線圈在并聯(lián)電阻退出前投入電路進(jìn)行補(bǔ)償，以此抑制暫態(tài)過電壓與暫態(tài)殘流，并使接地點(diǎn)殘余電流大大減小，接地電弧很大程度上可以自行熄滅。當(dāng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，發(fā)生故障后延時(shí)投入選線電阻Rx進(jìn)行故障選線，配合接地保護(hù)設(shè)備及時(shí)排除故障線路。

3.3 模擬條件

本文將分別針對(duì)不同的中性點(diǎn)接地方式模擬單相金屬性接地和經(jīng)過渡電阻接地的故障，故障發(fā)生時(shí)間對(duì)應(yīng)故障相的不同相位。其中新型靈活接地運(yùn)行方式如下：并聯(lián)電阻Rb初始時(shí)接入電路，在0.03s退出電路，消弧線圈在0.025s時(shí)接入電路，選線電阻Rx在3s時(shí)接入電路。

4.結(jié)論

經(jīng)過仿真，本文得出主要結(jié)論如下：

（1）對(duì)于所有的中性點(diǎn)接地方式：10kV配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障生所產(chǎn)的暫態(tài)過電壓，過電流等與系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式，接地過渡電阻的大小，故障發(fā)生時(shí)故障相電壓相位，電網(wǎng)的等級(jí)等因素都有關(guān)系。在變量單一的前提下，金屬性單相接地故障與經(jīng)接地過渡電阻的單相接地故障相比，所產(chǎn)生的過電壓及過電流更嚴(yán)重，過渡電阻的值越大，過電壓和過電流的程度越弱；單相接地故障發(fā)生在故障相電壓相位為90度時(shí)比電壓相位為0度時(shí)所產(chǎn)生的過電壓及過電流更嚴(yán)重，其余的情況都是在0度和90度之間的過渡情況。

（2）對(duì)于原來的10kV中性點(diǎn)靈活接地方式：故障初始階段工作方式和經(jīng)消弧線圈的工作方式?jīng)]有太大的區(qū)別，當(dāng)發(fā)生金屬性接地或者經(jīng)小電阻接地，且故障相電壓相位在0度附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)衰減較慢，數(shù)值較大的殘流，若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，此殘流會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不良影響。而且在故障發(fā)生瞬間，由于沒有有效的釋放電荷的通路，會(huì)導(dǎo)致非故障相以及中性點(diǎn)產(chǎn)生比較大的暫態(tài)過電壓。舊的靈活接地方式無(wú)法解決上述兩個(gè)問題。不過其可以為故障選線提供支持，幫助獲得較明顯的故障電流變化量，以便于提供排除故障的效率。

（3）對(duì)于新型的10kV中性點(diǎn)靈活接地方式：其主要組成為相互并聯(lián)的可以靈活投切的消弧線圈，并聯(lián)電阻和選線電阻，其充分發(fā)揮了消弧線圈減小故障點(diǎn)殘流，有利于電弧熄滅，以及小電阻抑制暫態(tài)過電壓，選線電阻提供選線電流的優(yōu)點(diǎn)。新型的靈活接地方式在功能上有較大提高，其工作方式為：在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)一直給中性點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)小電阻，時(shí)刻準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)單相接地故障。故障時(shí)小電阻可以限制中性點(diǎn)的過電壓，給電荷提供釋放通路。當(dāng)單相接地故障發(fā)生0.5T后，將并聯(lián)電阻退出并在其退出前，且故障相電壓為波峰時(shí)將消弧線圈接入，以補(bǔ)償電容電流，減小殘流，直至故障排除后才將消弧線圈退出。以此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)限制故障暫態(tài)過電壓，抑制故障點(diǎn)殘流，實(shí)現(xiàn)感性電流補(bǔ)償?shù)墓δ?。若判斷為永久性接地故障，則在故障發(fā)生3s后投入選線電阻，增大故障相電流，實(shí)現(xiàn)故障選線的目的。

仿真結(jié)果顯示，相比較其它的接地方式，新型中性點(diǎn)接地方式在抑制暫態(tài)過電壓，抑制故障點(diǎn)殘流和故障選線方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳立新，楊光宇.電力系統(tǒng)分析.中國(guó)電力出版社，2005.12

[2]陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析.中國(guó)電力出版社，1995

[3]林志超.中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式選擇與應(yīng)用.高電壓技術(shù)，2004（4）

[4]郭巍.中性點(diǎn)接地方式的研究與應(yīng)用.咸陽(yáng)師范學(xué)院，2004

[5]許順.電力電網(wǎng)中性點(diǎn)接地問題.電網(wǎng)技術(shù)，1991（15）

[6]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.中國(guó)電力出版社，1995.11