配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的淺思

裘丹 羅田 石岳祁

摘 要：在我國中壓電網(wǎng)中，不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式因故障時(shí)不影響正常供電的優(yōu)勢得到普遍應(yīng)用，但接地故障選線無可靠技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)小電阻接地方式在配網(wǎng)結(jié)構(gòu)健全、以電纜線路為主的部分城市得到應(yīng)用，但使用有局限性。本文闡述和分析兩種接地方式的原理及利弊，結(jié)合近年來配電網(wǎng)中出現(xiàn)的具備兩種接地方式優(yōu)點(diǎn)的“中性點(diǎn)諧振與電阻聯(lián)合接地方式”，并指出推廣的必要性。

關(guān)鍵詞：諧振接地方式;小電阻接地方式;中性點(diǎn)諧振與電阻聯(lián)合接地

0? ?引言

在我國6kV～66kV電壓等級(jí)變壓器側(cè)一般為Δ繞組，其中性點(diǎn)接地方式多采用非直接接地方式，其中包括中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式等。該電壓等級(jí)電網(wǎng)也常稱為中壓電網(wǎng)，其中10kV電壓等級(jí)多用于我國配電網(wǎng)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式即中性點(diǎn)諧振接地[1]，目前諧振接地系統(tǒng)中有多種不同原理的小電流接地選線裝置，但因系統(tǒng)接地電流較小，接地選線和保護(hù)較難實(shí)施，裝置運(yùn)行時(shí)均不太可靠。對(duì)于以電纜線路為主的配電系統(tǒng)接地電流較大（電纜線路接地電容電流約為架空線路接地電容電流的35倍[2]），可采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻系統(tǒng)接地故障時(shí)流過接地點(diǎn)的電流較大，可啟動(dòng)線路零序保護(hù)準(zhǔn)確快速切除故障線路，有效地減少單相接地造成人身觸電及相間短路損壞設(shè)備的可能，但小電阻接地方式使用有局限性是一弊端。為提高配電網(wǎng)供電可靠性，完善接地選線等問題，仍需更合理的選擇變壓器中性點(diǎn)接地方式。

1? ?中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈諧振接地方式

1.1? 諧振接地方式特點(diǎn)

諧振接地系統(tǒng)在線路單相接地時(shí)三相之間的線電壓依然保持對(duì)稱，流經(jīng)10kV型配電變壓器后仍為對(duì)稱電壓和對(duì)稱電流，因此不影響用戶正常用電，規(guī)程允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行2h，這也是中性點(diǎn)諧振接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)。未流過Δ繞組的接地電容電流由10kV接地變壓器流入大地，接地電容電流大于10A的系統(tǒng)均通過消弧線圈補(bǔ)償感性電流，采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置后系統(tǒng)接地故障殘余電流也不超過10A[1]，由于接地電流很小，接地選線及保護(hù)就難以實(shí)施。接地時(shí)故障相電壓降為零，非故障相對(duì)地電壓升高為倍，若接地電流較大出現(xiàn)間歇性電弧接地現(xiàn)象，易產(chǎn)生過電壓，非故障相在絕緣薄弱點(diǎn)易產(chǎn)生第二個(gè)接地點(diǎn)造成兩點(diǎn)接地短路，在接地電弧長時(shí)間作用下，設(shè)備易發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。若發(fā)生人身觸電，由于系統(tǒng)不間斷對(duì)接地點(diǎn)供電，會(huì)引發(fā)人身傷亡事故。由于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)接地電流較小，導(dǎo)致接地選線裝置可靠性較低，目前大多由運(yùn)行人員用依次斷開線路的方法來尋找接地故障點(diǎn)，在斷路器對(duì)線路試?yán)^程中，有時(shí)將產(chǎn)生幅值較高的操作過電壓，系統(tǒng)設(shè)備長時(shí)間承受過電壓作用將對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅，也會(huì)發(fā)展為相間故障。

1.2? 小電流接地選線及保護(hù)原理

1.2.1反應(yīng)工頻電容電流值的接地保護(hù)[3]

在某一線路發(fā)生單相接地故障時(shí).流過故障線路的電容電流ICn為電網(wǎng)總電容電流減去本線路電容電流，該原理的優(yōu)點(diǎn)是接線比較簡單，如果電網(wǎng)的線路總長度很長，總電容電流與每回線路的電容電流相差很大，則可以用這一原則來實(shí)現(xiàn)采用電流元件的接地保護(hù)。

1.2.2? 零序電流保護(hù)

該原理是利用故障線路的零序電流大于非故障線路的零序電流。即非故障線路零序電流等于本線路的電容電流，故障線路零序電流等于所有非故障線路的零序電流之和。通常故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大得多，利用這一原則區(qū)分出故障和非故障線路，從而構(gòu)成有選擇性的接地保護(hù)。為保證選擇性，保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過本線路的零序電容電流進(jìn)行整定。這種保護(hù)原理在電網(wǎng)的電容電流較小，又存在長線路的情況下較難滿足選擇性的要求。同時(shí)，當(dāng)接地點(diǎn)存在電阻時(shí)，易發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，由于中性點(diǎn)電阻產(chǎn)生一個(gè)額外的有功電流分量，使故障線路的零序電流有較大的增加，零序電流保護(hù)原理能夠獲得較好的選擇性。而對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈提供的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，使流過故障線路的零序電流大大減小，此時(shí)很難獲得保護(hù)的選擇性。

1.2.3? ?零序功率法

采用零序功率方向作為判據(jù)構(gòu)成的選線裝置，選線準(zhǔn)確率與零序電流的方向性關(guān)系密切，對(duì)安裝接線質(zhì)量要求較高。零序電流互感器（TA）的誤差對(duì)其影響很大。對(duì)于微機(jī)保護(hù)模塊內(nèi)含接地選線的裝置在判線時(shí)只能比較本線路零序電流與系統(tǒng)零序電壓的相對(duì)相位關(guān)系，而無法與其他線路參數(shù)進(jìn)行橫向比較，準(zhǔn)確率較低。

1.2.4? ?諧波電流方向保護(hù)原理

由于電力電子傳動(dòng)裝置在供電網(wǎng)中的推廣應(yīng)用，以及電源變壓器鐵芯非線性的影響，電網(wǎng)中除存在基波成分外，必然還包含一系列諧波成分。故可利用5次或7次諧波電流的大小或方向構(gòu)成選擇性接地保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，因消弧線圈的作用是對(duì)基波而言的，5次或7次諧波電流的分布規(guī)律與中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)一樣，故該原理仍然可行。但由于5次或7次諧波含量相對(duì)基波而言要小得多，且各電網(wǎng)的諧波含量大小不一，故以此原理構(gòu)成的保護(hù)其零序電壓動(dòng)作值往往很高，靈敏度較低，在接地點(diǎn)存在一定過渡電阻的情況下將出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。

1.2.5? 能量法

根據(jù)非故障線路的能量函數(shù)總是大于零，消弧線圈的能量函數(shù)與非故障線路極性相同，故障線路的能量函數(shù)總是小于零，并且其絕對(duì)值等于其他線路（包括消弧線圈）能量函數(shù)的總和的特征，可以導(dǎo)出方向判別和大小判別兩種接地選線方法。能量法適用于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，并且不受負(fù)荷諧波源和暫態(tài)過程的影響，理論上可解決選線準(zhǔn)確率低的問題。

2? ?中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

2.1? 接地系統(tǒng)構(gòu)成

中性點(diǎn)小電阻接地方式由接地變、小電阻構(gòu)成。主變 10 kV 側(cè)為Δ接線，通過接地變提供系統(tǒng)中性點(diǎn)，進(jìn)而接入接地電阻。接地變?nèi)萘颗c接地電阻容量相匹配。

2.2 接地方式特點(diǎn)

2.2.1? 降低系統(tǒng)過電壓水平 [4]

配電網(wǎng)接地電容電流中含有比例高達(dá) 5%～15%的5 次諧波電流，消弧線圈對(duì)該諧波電流是無法補(bǔ)償?shù)?，不能消除由此產(chǎn)生的過電壓。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式可降低配電系統(tǒng)過電壓水平，理論和實(shí)踐表明，系統(tǒng)內(nèi)部過電壓隨? （所選電阻的額定電流）的增加而降低。

2.2.2? 具有良好的接地選線功能，提高供電可靠性

電纜單相接地故障多為由于自身絕緣缺陷造成的擊穿，接地殘流較大，尤其是當(dāng)接地點(diǎn)在電纜時(shí)，接地電弧為封閉性電弧，接地電流較大電弧不易自行熄滅（交聯(lián)聚乙烯電纜單相接地電容電流低于 5 A時(shí)所產(chǎn)生的弧光方能自行熄滅），因此以電纜為主的配電網(wǎng)單相接地故障多為永久性故障。

2.2.3? 缺點(diǎn)

若配網(wǎng)不具備雙電源、環(huán)網(wǎng)供電條件，或無備用電源自動(dòng)投切裝置。無論是永久性的還是非永久性的，單相接地均動(dòng)作跳閘，對(duì)于架空線路可用重合閘進(jìn)行較正，而電纜線路永久故障不可投入重合閘，使線路的跳閘次數(shù)增加，影響了用戶的正常供電。

目前配電網(wǎng)小電阻接地方式在南方電網(wǎng)地區(qū)應(yīng)用較多，北京、天津、廈門等部分省會(huì)城市也得到推廣使用。對(duì)于接地電流不是很大、以架空線路為主，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善情況下，采用電阻接地方式并不優(yōu)于采用消弧線圈接地方式。

3? ?中性點(diǎn)諧振與電阻聯(lián)合接地方式

近年來配電網(wǎng)中出現(xiàn)了一種“中性點(diǎn)諧振與電阻聯(lián)合接地方式”，此接地方式具有諧振接地和電阻接地兩種功能。系統(tǒng)發(fā)生接地故障后一定時(shí)間內(nèi)具有諧振接地系統(tǒng)的性質(zhì)，對(duì)瞬時(shí)性故障的接地電弧可由消弧裝置熄滅;當(dāng)故障持續(xù)一定時(shí)間，判定為永久接地故障時(shí)，通過專門裝置將中性點(diǎn)切換至電阻器，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電阻接地方式。

目前該接地方式通用設(shè)計(jì)規(guī)范尚未完善，設(shè)備理論值尚需經(jīng)過實(shí)踐的驗(yàn)證。當(dāng)中性點(diǎn)接地設(shè)備在消弧線圈和中值電阻之間相互切換時(shí)，系統(tǒng)過電壓水平會(huì)有變化，電氣一次設(shè)備、避雷器等設(shè)備的選擇需綜合考慮兩種設(shè)備切換前后的要求。

4? ?結(jié)論

實(shí)踐證明單以消弧線圈諧振接地或小電阻接地方式均無法徹底解決配電網(wǎng)接地選線問題?！爸行渣c(diǎn)諧振與電阻聯(lián)合接地方式”即使在架空配電線路故障點(diǎn)存在較高電阻條件下也可正確判斷故障線路，在我們的配電網(wǎng)中確有推廣的必要。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 50064-2014 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.

[3]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣二次部分[M].北京：水利電力出版社，1992.

[4]付曉奇等.10kV配網(wǎng)中性點(diǎn)小電阻接地技術(shù)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010.

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