10 kV配電網(wǎng)多種接地方式并存下運(yùn)行方式調(diào)整策略研究

謝水杰

摘 要：近年來，城市配電網(wǎng)中架空線路逐漸改造為埋地電力電纜供電。為滿足城市電網(wǎng)發(fā)展需求，原有的配電網(wǎng)接地系統(tǒng)也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在此背景下，通過分析各種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)接地方式的改造方向。針對10 kV系統(tǒng)接地方式改造現(xiàn)狀，對不同接地方式組合下的運(yùn)行方式調(diào)整策略進(jìn)行深入研究，并指出相關(guān)運(yùn)維注意事項(xiàng)，為其他小電流接地電網(wǎng)系統(tǒng)遇到類似問題時的運(yùn)行方式調(diào)整提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：10 kV配電網(wǎng);接地方式;運(yùn)行方式;調(diào)整策略

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）31-0046-03

Study on Operation Mode Adjustment Strategy under the

Coexistence of Multiple Grounding Modes in 10 kV Distribution Network

XIE Shuijie

（Jieyang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Jieyang Guangdong 522000）

Abstract： In recent years， the overhead lines in urban distribution network are gradually transformed into power supply by buried power cables. In order to meet the development needs of urban power network， the original grounding system of distribution network also needs to be adjusted accordingly. In this context， this paper first summarizes the improvement direction of grounding mode of 10 kV distribution network system by analyzing the advantages and disadvantages of various grounding modes. In view of the current status of 10 kV system grounding mode transformation， the operation mode adjustment strategy under different grounding mode combination is deeply studied， and the relevant operation and maintenance considerations are pointed out， which provides experience for other small current grounding power system to adjust the operation mode when similar problems are encountered.

Keywords： 10 kV distribution network;grounding mode;operation mode;adjustment strategy

1 10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)接地方式改造方向

我國10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)目前主要有4種接地方式：中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并小電阻接地。

1.1 中性點(diǎn)不接地方式

中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、投資少，在電網(wǎng)發(fā)展早期得到了廣泛應(yīng)用。但隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展擴(kuò)容，電纜線路的占比不斷提高。10 kV系統(tǒng)單相接地短路故障時，接地電容電流很多超過了限制定值10 A[1]，且由于發(fā)生單相接地故障后線路不會跳閘，容易擴(kuò)大故障范圍造成電力事故，因此后續(xù)新投產(chǎn)的變電站逐漸要求將其改為中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地或者消弧線圈接地。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式可以在發(fā)生接地故障時補(bǔ)償電網(wǎng)產(chǎn)生的容性電流。但實(shí)際運(yùn)行時容易出現(xiàn)補(bǔ)償不當(dāng)現(xiàn)象而引起諧振過電壓和高頻振蕩電流電弧效，引發(fā)相間短路，對系統(tǒng)設(shè)備及線路絕緣水平要求較高而導(dǎo)致造價偏高，接地選線裝置選線準(zhǔn)確率不高，發(fā)生故障不直接切除時容易引發(fā)電力人身事故。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

對于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，當(dāng)單相接地時，非故障相相電壓短暫升高，對設(shè)備危害小，過電壓水平得到了限制。因故障線路短路電流大，利用零序過流保護(hù)能快速將其檢出并隔離，同溝敷設(shè)緊湊布置的電纜發(fā)生故障時降低其對鄰近電纜的影響，能有效防止事故擴(kuò)大，在運(yùn)維上也不需要接地裝置廠家的技術(shù)支持。由于過壓水平得到很好的限制，在設(shè)備選型上也就降低了對絕緣耐壓水平的要求，更為經(jīng)濟(jì)適用。

但這種接地方式容易造成供電中斷，需要通過投入重合閘來降低影響;饋線開關(guān)故障容易因?yàn)榻拥刈兒髠浔Ｗo(hù)造成越級跳閘，擴(kuò)大事故范圍;小電阻接地帶來的大電流容易因?yàn)楸Ｗo(hù)動作不及時發(fā)展成相間短路;沒有區(qū)分永久故障和瞬時故障，保護(hù)結(jié)果均動作跳閘，影響供電可靠性;高阻接地故障發(fā)生時有可能拒動并發(fā)展成相間短路，無法較好地保證人身安全;目前沒有佐證跳閘準(zhǔn)確率的有效手段。

1.4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并小電阻接地方式

中性點(diǎn)消弧線圈并小電阻接地方式兼?zhèn)湫‰娮杞拥睾拖【€圈接地的優(yōu)點(diǎn)，具有更好的技術(shù)優(yōu)勢。故障發(fā)生時先由消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，如果是瞬時性故障，則可以有效解除故障并避免跳閘停電;如果接地時間持續(xù)超過10 s，則自動投入小電阻，此時饋線保護(hù)動作切除線路故障，極大地降低了線路跳閘率。目前，該方式得到了有效應(yīng)用，但仍在試點(diǎn)運(yùn)行階段，尚未大規(guī)模鋪開，運(yùn)行時間和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累尚不足。

綜上所述，目前針對10 kV系統(tǒng)的新建、改造的工程，應(yīng)首選小電阻接地方式。如用戶對供電可靠性有較高要求，經(jīng)專題分析后，可選用消弧線圈并聯(lián)小電阻接地。采用這兩種方式，都需要對10 kV饋線配置零序保護(hù)。

2 多種接地方式組合下的運(yùn)行方式調(diào)整策略

中性點(diǎn)接地方式改造是逐步推進(jìn)的長期工程，當(dāng)主變檢修、電壓互感器（Phase voltage Transformer，PT）檢修或者接地變檢修時，就會出現(xiàn)多種接地方式并存的運(yùn)行方式。

圖1為某變電站的正常運(yùn)行方式，實(shí)心開關(guān)為合位，空心開關(guān)為分位。其中#1接地變?yōu)橹行渣c(diǎn)經(jīng)消弧線圈并小電阻接地方式，#2接地變?yōu)橹行渣c(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，#3接地變?yōu)橹行渣c(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式;10 kV 1 M母線和10 kV 2 M母線分列運(yùn)行，10 kV 2 M母線和10 kV 5 M母線并列運(yùn)行，10 kV 5 M母線和10 kV 6 M母線分列運(yùn)行。小電阻接地系統(tǒng)原則上不允許不帶接地裝置和無接地保護(hù)運(yùn)行。正常情況下，接地裝置和主變壓器須對應(yīng)運(yùn)行，在倒閘操作過程中，允許兩臺接地裝置短時并列運(yùn)行[2]。下面對在圖1運(yùn)行方式下主變檢修時、接地變檢修時、10 kV備自投動作時的運(yùn)行方式調(diào)整開展討論。

2.1 主變檢修時的方式調(diào)整

當(dāng)#1主變檢修時，分4種情況進(jìn)行調(diào)整。

2.1.1 情況一。如果兩段母線均為不接地系統(tǒng)，則只需先退出母聯(lián)開關(guān)備自投，再將10 kV 1 M母線和10 kV 2 M母線并列運(yùn)行;如果1 M母線為不接地系統(tǒng)、2 M母線為消弧線圈接地，則1 M母線出線接地時2 M母線接地選線裝置會選線不正確。這時可以根據(jù)母線電壓來判斷選線的結(jié)果是否正確，不正確時應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行人工輪切。

2.1.2 情況二。如果兩段母線均經(jīng)消弧線圈接地，母線并列后會出現(xiàn)兩端消弧線圈并列運(yùn)行的情況，需要根據(jù)消弧裝置的類型分情況進(jìn)行調(diào)整。一臺為可控硅調(diào)諧式自動跟蹤消弧線圈，一臺為調(diào)匝式，或者兩臺均為調(diào)匝式。在該組合方式下，母線并列后，兩臺消弧線圈裝置能根據(jù)計算后的電容電流共同提供準(zhǔn)確的補(bǔ)償電流，且可以并列。兩臺均為可控硅調(diào)諧式自動跟蹤消弧線圈，當(dāng)電網(wǎng)單相接地時不能提供準(zhǔn)確的補(bǔ)償電流，因而不能正常運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)這種方式時，需將其中一臺消弧線圈停運(yùn)[3]。

2.1.3 情況三。如果1 M母線為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地，2 M母線為消弧線圈并小電阻接地或者小電阻接地，則應(yīng)在母線并列后將2 M母線接地變壓器退出運(yùn)行，否則1 M母線對應(yīng)的沒有改造完成的線路間隔發(fā)生單相接地故障無法動作，已完成改造的接地變保護(hù)將閉鎖備自投，跳開母聯(lián)開關(guān)及另一主變變低開關(guān)，導(dǎo)致兩段母線均失壓，擴(kuò)大了停電范圍。退出消弧線圈并小電阻接地或者小電阻接地后，系統(tǒng)會變成不接地系統(tǒng)或者經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，運(yùn)行監(jiān)視人員要做好母線的電壓監(jiān)控。

2.1.4 情況四。如果是消弧線圈并小電阻接地與消弧線圈并小電阻接地，在母線并列后，裝置會自動退出一臺小電阻;如果一段消弧線圈并小電阻接地，一段為小電阻接地，則應(yīng)手動退出小電阻接地的接地變;如果兩段母線都是小電阻接地，則需要手動退出其中一臺接地變。

2.2 PT檢修時的方式調(diào)整

PT檢修時，一般情況下需要將母線并列，再PT二次并列，最后退出待檢修PT。兩臺主變可以選擇并列或者不并列。主變并列后，如果定值無法配合或者短路電流太大，則可以將其中一臺變低轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)并啟用進(jìn)線備投模式。母線并列后接地變的方式調(diào)整策略與前面主變檢修時的方式調(diào)整策略一致。

對于主變有兩個變低開關(guān)的，一般由于兩個變低開關(guān)所帶的兩段母線只接一臺接地變，要注意其中一個變低開關(guān)轉(zhuǎn)熱備前，為防止其所在的母線失去中性點(diǎn)，應(yīng)先將該段母線與其他主變的母線線并列后再將該變低開關(guān)轉(zhuǎn)熱備用。

2.3 接地變檢修下的方式調(diào)整

當(dāng)組合方式為消弧線圈接地與消弧線圈接地、消弧線圈接地與消弧線圈并小電阻接地、不接地系統(tǒng)與小電阻接地、消弧線圈接地與小電阻接地這4種組合方式時，接地變檢修會使所在母線變成不接地系統(tǒng)，且由于接地方式的不同和保護(hù)配置的差異，不能將對應(yīng)的母線進(jìn)行并列，只需要保持原來的分列運(yùn)行方式即可，但需要加強(qiáng)母線電壓監(jiān)測。若組合方式為消弧線圈并小電阻接地或者小電阻接地與小電阻接地，當(dāng)接地變檢修時，一般將對應(yīng)母線并列即可，前提是定值不失配、短路電流不超標(biāo)。如果超標(biāo)則不得并列，繼續(xù)保持原來運(yùn)行方式，做好不接地母線的電壓監(jiān)視工作。

2.4 10 kV備自投動作時的方式調(diào)整

在正常接線方式下，當(dāng)分列運(yùn)行的兩臺主變有一臺發(fā)生故障跳開變低開關(guān)時，10 kV母聯(lián)備自投動作合上10 kV母聯(lián)開關(guān)，這時候可以根據(jù)前面提到的4種情況進(jìn)行相應(yīng)處理，避免出現(xiàn)兩套不能并列的消弧線圈并列運(yùn)行、非直接接地系統(tǒng)與直接接地系統(tǒng)或者小電阻直接接地系統(tǒng)并列運(yùn)行。一般由調(diào)度運(yùn)行人員人為進(jìn)行調(diào)整，也可以根據(jù)不同動作增加聯(lián)跳邏輯的途徑來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)技術(shù)規(guī)范，同一變電站內(nèi)只能有同一廠家、同一補(bǔ)償原理的消弧線圈并小電阻裝置，如需并列運(yùn)行，發(fā)生接地故障后只允許投入一臺小電阻設(shè)備。由于非直接接地系統(tǒng)會逐漸全部改造為消弧線圈并小電阻接地或者小電阻直接接地，因此考慮多種接地方式下的聯(lián)跳邏輯沒有太大的現(xiàn)實(shí)意義。如果故障變低開關(guān)對應(yīng)的母線為小電阻直接接地，則無論另一段母線為何種接地方式，均應(yīng)該在并列后退出故障變低開關(guān)對應(yīng)母線的接地變裝置。關(guān)燦強(qiáng)[4]提出將小電阻接地變開關(guān)接入10 kV備自投聯(lián)跳回路，在備自投成功合上母聯(lián)開關(guān)后，結(jié)合母聯(lián)開關(guān)及各小電阻接地變開關(guān)位置，經(jīng)一定時限自動跳開相應(yīng)小電阻接地變開關(guān)，提高故障處置效率。

3 其他運(yùn)維注意事項(xiàng)

3.1 10 kV母線并列注意事項(xiàng)

變電站內(nèi)10 kV母線分列運(yùn)行時，在其中一臺接地變長時間退出運(yùn)行的情況下，為避免該段母線失去接地選線跳閘功能，應(yīng)結(jié)合短路電流是否超標(biāo)等情況綜合考慮10 kV母線是否并列運(yùn)行。另外，當(dāng)一段母線經(jīng)消弧線圈接地或不接地、另一段母線靈活接地或經(jīng)小電阻接地，兩段母線并列運(yùn)行時，應(yīng)退出小電阻出口壓板。此時系統(tǒng)失去選線及跳閘功能，該接地方式下兩段母線不宜長期并列運(yùn)行。

3.2 定值整定注意事項(xiàng)

接地變本體的小電阻投退時間繼電器一般整定為3 s，該定值體現(xiàn)在消弧線圈及小電阻控制屏定值單的備注中，執(zhí)行定值時應(yīng)注意該時間繼電器是否按要求整定。接地變保護(hù)消缺或定檢調(diào)試時，應(yīng)注意隔離跳主變變低、跳分段開關(guān)及閉鎖備自投等關(guān)聯(lián)運(yùn)行設(shè)備的出口回路。

在改造過程中，要做好相關(guān)饋線的零序保護(hù)定值整定工作，避免誤整定造成饋線拒動進(jìn)而擴(kuò)大停電范圍。像某變電站就因?yàn)轲伨€保護(hù)測控裝置（ISA-351G）有兩組零序電流輸入通道定值配置錯誤造成了越級跳閘事故[5]。該裝置的兩組通道一個用于不接地系統(tǒng)，采用零序方向過流，其中方向元件可投退，動作于告警或跳閘;一個用于小電阻接地，采用零序過流保護(hù)和零序過流加速元件，動作于跳閘。如果兩個零序交流電流通道配置錯誤，將導(dǎo)致保護(hù)無法正確動作，進(jìn)而擴(kuò)大停電范圍，造成越級跳閘事故。所以，調(diào)試人員需要熟悉不同保護(hù)裝置配置的特點(diǎn)和不同運(yùn)行方式下的定值差異，驗(yàn)收人員要提升自身的業(yè)務(wù)技能水平，在驗(yàn)收過程中要嚴(yán)格把關(guān)，避免出現(xiàn)同類型事故。

4 結(jié)語

本文從10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)接地方式改造的背景出發(fā)，介紹了配電網(wǎng)中性改造的發(fā)展歷程和改造思路，10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)最終將形成以小電阻直接接地為主、消弧線圈并聯(lián)小電阻接地為輔的運(yùn)行方式。針對改造過程中出現(xiàn)的多種接地方式組合，考慮各種接地方式組合運(yùn)行的特點(diǎn)，從而制定相應(yīng)的運(yùn)行方式調(diào)整策略，提高供電可靠性和電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)：

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[3]曲雙燕，茅建華.并列運(yùn)行的兩臺自動跟蹤消弧線圈對地電容電流計算公式的改進(jìn)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2006（2）：129-132.

[4]關(guān)燦強(qiáng).變電站10 kV小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行方式分析[J].機(jī)電信息，2019（27）：8-9.

[5]周俊宇.消弧線圈并聯(lián)小電阻接地方式下開關(guān)越級跳閘的案例分析[J].中國電業(yè)，2019（11）：11-15.