中壓配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析

王 賓，張 健

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611230；2.四川電力設(shè)計(jì)院，成都，610072)

1 概述

在我國，中壓電網(wǎng)以35kV、10kV、6kV三個(gè)電壓等級的應(yīng)用較為普遍(大部分地區(qū)為35kV、10kV電網(wǎng)系統(tǒng)，還有少數(shù)地區(qū)存在6kV電網(wǎng)系統(tǒng))，其均為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。隨著城市供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來越多的中壓系統(tǒng)采用電纜饋線，因電纜結(jié)構(gòu)的特殊性，電纜系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后單相接地電容電流增加很大，加上規(guī)范規(guī)定，不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后允許帶故障運(yùn)行2h，導(dǎo)致以電纜為主的電網(wǎng)內(nèi)單相接地故障時(shí)間一長發(fā)展為兩相短路，成為危害電網(wǎng)安全的重大事故。

電纜線路為主的配電網(wǎng)的特點(diǎn)：

(1)單位長度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大10幾倍，以電纜為主的城市電網(wǎng)對地電容電流很大。

(2)電纜線路受外界環(huán)境條件(雷電、外力、樹木、大風(fēng)等)影響小，瞬時(shí)接地故障很少，接地故障一般都是永久性故障。

(3)電纜線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，如不及時(shí)跳閘，很容易造成相間短路，擴(kuò)大事故。

(4)電纜為弱絕緣設(shè)備。例如，10kV交聯(lián)聚乙稀電纜的一分鐘工頻耐壓為28kV，而一般10kV配電設(shè)備的絕緣水平為35kV。在消弧線圈接地系統(tǒng)中，由于查找故障點(diǎn)時(shí)間較長，電纜長時(shí)間承受工頻或暫態(tài)過電壓作用，易發(fā)展成相間故障，造成一線或多線跳閘。

《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》(GB/T 50064-2014)中規(guī)定：3kV～10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過10A時(shí)；10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)(電纜線路)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過20A時(shí)，應(yīng)采用不接地方式。當(dāng)電流超過以上數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈或者電阻接地的方式。

2 中性點(diǎn)不同接地方式供電的可靠性

在我國中壓電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)中，大部分為小電流接地系統(tǒng)(中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng))。其中采用經(jīng)消弧線圈接地方式在我國已有運(yùn)行多年的經(jīng)驗(yàn)，但當(dāng)單相接地故障電容電流較大，為了電網(wǎng)系統(tǒng)的安全，需要瞬時(shí)切除故障時(shí)，也可以采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式。

2.1 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

采用中性點(diǎn)電阻接地方式的目的就是給故障點(diǎn)注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質(zhì)，減小與電壓的相位差，降低故障點(diǎn)電流過零熄弧后的重燃率，使過電壓限制在相電壓的2.6倍以內(nèi)，并且能夠提供故障時(shí)流過故障點(diǎn)的阻性電流。提高繼電保護(hù)的靈敏度作用于跳閘，從而有效保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。其優(yōu)缺點(diǎn)是：

(1)系統(tǒng)單相接地時(shí)，健全相電壓不升高或升幅較小，對設(shè)備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

(2)接地時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路。

(3)由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。

(4)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無論是永久性的還是非永久性的，均作用于跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

消弧線圈的補(bǔ)償原理就是在中性點(diǎn)和大地之間接入一個(gè)電感線圈。該方式在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，利用消弧線圈中產(chǎn)生的電感電流對接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使得流過故障點(diǎn)的電流減小至能夠使電弧自行熄滅的程度。消弧線圈的主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)帶鐵芯的線圈電抗器，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于中性點(diǎn)對地電壓為零，消弧線圈上無電感電流。當(dāng)單相接地故障后，接地故障點(diǎn)與消弧線圈的接地點(diǎn)形成短路電流通路，此時(shí)中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，作用在消弧線圈上，將產(chǎn)生一個(gè)電感電流，在接地故障中，該電感電流與接地故障點(diǎn)處的電容電流相抵消，從而減少了接地點(diǎn)的電容電流，使電弧自行熄滅。消弧線圈就是這樣利用流經(jīng)故障點(diǎn)的電感電流與電容電流相位差為180°，補(bǔ)償電容電流減小流經(jīng)故障點(diǎn)電流，降低故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度，來達(dá)到消弧的目的。但中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式也存在著以下問題：

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補(bǔ)償狀態(tài)，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流、零序方向保護(hù)無法檢測出已接地的故障線路。

3 單相接地電容電流計(jì)算

3.1 電纜線路的電容電流估算

電纜線路的電容電流要精確計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的過程，需要電纜的不同參數(shù)，本文對電纜線路的電容電流做一個(gè)大概的估算。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》(電氣一次部分)，電纜線路的電容電流可用下式近似估算：

Ic=0.1×Ue×L

式中：Ic——電纜線路的電容電流；

Ue——電纜線路的額定線電壓；

L——電纜線路的長度。

以下，筆者舉一個(gè)案列分析：

某110kV終端變電站，10kV側(cè)為用戶供電端，全部采用電纜饋線，根據(jù)系統(tǒng)提供資料，該10kV電纜線路一共出線15回，每回電纜饋線長度按2km考慮，該110kV變電站10kV電纜饋線長度共計(jì)15×2=30km。因此，該站電纜電容電流估算值為：

Ic=0.1×Ue×L=0.1×10×30=30A

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》(電氣一次部分)，110kV變電站對電容電流的附加值為10%，因此，本110kV變電站10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，產(chǎn)生的電容電流ΣIc=30×(1+10%)=33A，大于規(guī)范所要求的不接地運(yùn)行的20A，因此本站10kV側(cè)系統(tǒng)需要采取經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地。因?yàn)樵撜緸榻K端變電站，對10kV用戶側(cè)供電可靠性要求比較高，因此，本站考慮10kV側(cè)采用消弧線圈接地的方式。

3.2 消弧線圈及接地變壓器的選取

3.2.1 消弧線圈的選擇

本站10kV系統(tǒng)單相短路電容電流按終期規(guī)?？紤]為33A，配置消弧線圈為過補(bǔ)償方式，消弧線圈容量計(jì)算為：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，消弧線圈容量選擇為300kVA

3.2.2 接地變?nèi)萘康倪x擇

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，接地變?nèi)萘康倪x擇應(yīng)大于等于消弧線圈線圈的容量，即：S≥Q，考慮接地變兼做10kV站用變，因此，10kV接地變?nèi)萘窟x擇為：315kVA。

4 結(jié)論

目前，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，除了對消弧線圈容量的正確選擇、合理調(diào)諧、正常運(yùn)行維護(hù)外，還大量采用了自動(dòng)跟蹤消弧線圈及接地選線裝置，它能夠避免對消弧線圈進(jìn)行人工調(diào)匝帶來的諸多不便，能夠保持消弧線圈在調(diào)諧過程中的精度，避免了部分電纜線路在運(yùn)行過程中失去補(bǔ)償，同時(shí)還能限制接地過電壓和諧振過電壓，另外，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置與接地選線裝置的配合使用，還能夠更快更準(zhǔn)確的對電纜線路的故障點(diǎn)進(jìn)行判別。隨著城市電網(wǎng)改造工作的進(jìn)展，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，采用環(huán)網(wǎng)或雙電源供電，許多地方已開始配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施，以提高供電可靠性，而不是靠帶接地故障運(yùn)行來提高供電可靠性。