關于20 kV配電網靈活接地方式若干問題的探討

朱維明，徐建強，仇群輝，郭 磊

（1.浙江電力調度控制中心，杭州 310007；2.桐鄉市供電局，浙江 桐鄉 314500；3.嘉興電力局， 浙江 嘉興 314033）

0 引言

中壓配電電壓從10 kV提升至20 kV對于提高城鄉電網供電能力和電能質量，緩解電網發展的資源約束，滿足我國經濟社會快速發展的電力需求具有重要的意義。

配電網升壓至20 kV應在原有10 kV配電網的基礎上，盡可能充分利用10 kV存量設備，從而達到合理利用資源，最大程度節省升壓改造成本的目的。

在升壓改造過程中，部分設備（如架空線路和部分電纜線路）可直接進行升壓，但升壓后，原有設備的耐壓水平達不到20 kV配電網規定的要求。若采用傳統的不接地或消弧線圈接地方式，必然對設備安全運行造成隱患，還將產生單相接地故障下的系統選線困難；若采用傳統的小電阻接地方式，則不能解決瞬時單相接地故障線路頻繁跳閘問題。

桐鄉供電局在20 kV改造初期采用小電阻接地方式，經統計2011年20 kV線路跳閘179條次，其中單相接地故障引起的跳閘141條次，占總跳閘次數的78.8%。因此，降低20 kV單相接地故障跳閘率成為提高20 kV供電可靠性的關鍵。

1 靈活接地方式

圖1 靈活接地方式原理

靈活接地方式的原理如圖1所示，電網正常運行時，消弧線圈通過中性點與電網相連，控制器隨時計算電網的電容電流，將消弧線圈調至相應的檔位，小電阻未并入中性點。當線路發生單相接地故障時，消弧線圈發揮補償電網電容電流的作用，使故障電流減小，系統可連續工作。若線路為永久接地故障，則經一定的延時后，由控制器發出指令，閉合小電阻開關，利用小電阻抑制過電壓，同時進行故障選線。采用靈活接地方式不但能滿足設備的耐壓水平要求，并且能在瞬時故障下保證供電連續性。

為降低小電阻接地方式下20 kV線路單相接地故障的跳閘率，桐鄉供電局選取2個變電站作為試點，將小電阻接地方式改造為靈活接地方式。根據瞬時接地故障的特點及設備絕緣的承受能力，20 kV線路發生永久性單相接地時（即零序電壓超過定值不消失），設定延時3 s投入小電阻，故障線路跳閘，并允許線路進行重合1次；根據后備零序保護最長動作時間增加一定裕度，設定小電阻投入保持時間為5 s，確保零序保護可靠動作切除接地故障；最后自動退出小電阻，恢復消弧線圈接地運行。

統計數據顯示，從改造完成投入運行至2011年12月底，2個變電站共發生接地故障22次，而線路零序保護動作出口跳閘只發生1次，單相接地故障的跳閘率得到了明顯改善。

2 運行中的問題與對策

2.1 控制回路故障

實際運行中，若小電阻開關控制回路故障或小電阻開關本身機械故障，在發生永久性接地故障時小電阻就不能可靠投入，將導致系統長期運行在過電壓下。為了保證線路發生永久性接地故障時能夠可靠投入小電阻，對投切小電阻的回路進行雙重化配置：增加1個接觸器與小電阻開關并聯，接觸器與開關的啟動回路與控制回路完全獨立，投切時間與小電阻開關相同，即保證線路永久性接地故障時，開關和接觸器同時投入，同時退出。

考慮到開關和接觸器還是存在同時拒動的可能，設定相關后備保護回路，在系統零序電壓超過定值一定時間，而開關和接觸器均未動作時，則通過主變非電氣量保護延時跳主變三側開關，切除故障母線。

通過小電阻投切回路雙重化配置及增設后備保護回路，保證了靈活接地方式控制回路的運行可靠性。

2.2 高阻接地

線路經高阻接地時，系統零序電壓升高，延時3 s后投入小電阻，此時的故障量特征是零序電流較小，而零序電壓也會因投入小電阻而減小，高阻接地故障錄波如圖2所示。

若零序電流小于線路零序保護定值，線路零序保護將不會動作；而由于零序電壓的減小，跳主變三側開關的后備保護回路也不會啟動，接地故障就不會被切除。如果接地故障一直不消失，小電阻控制回路就會重復投入、退出小電阻的過程，這會使小電阻因長期接通零序電流而發熱燒毀，系統絕緣也會遭受破壞。

針對高阻接地工況可采取如下措施：

（1）適當減小線路零序保護定值。根據《浙江電網20 kV系統繼電保護配置及整定運行規范》，在低電阻接地系統中，應考慮線路經電阻（不小于20 Ω）接地故障的靈敏度，線路零序保護最末一段定值一般不應大于200 A。現桐鄉配網零序Ⅱ段定值考慮線路末端經20 Ω過渡電阻接地的靈敏度整定，在校核可靠躲過電容電流的情況下，零序Ⅱ段定值還有調整的余地，可適當減小線路零序保護定值以保護小電阻。

（2）增加小電阻投切的計數回路，在小電阻連續投切2～3輪后將小電阻閉鎖在退出位置，從而保證零序電壓不返回，依靠跳主變的后備保護回路切除故障母線。

2.3 間歇性接地

消弧線圈減小了線路故障點流過的電流，但可能使故障點電弧不穩定燃燒形成間歇性電弧，間歇性接地使零序電壓不斷返回，從而使小電阻不能投入。間歇性接地故障錄波如圖3所示。

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》指出，66 kV及以下系統發生單相間歇性電弧接地故障時，會產生過電壓，其大小隨接地方式不同而異。對于小電阻接地系統，一般情況下最大過電壓不超過2.5pu。而在消弧線圈接地情況下，單相間歇性電弧接地過電壓一般達3～4倍相電壓，將對20 kV設備絕緣造成極大破壞。

針對線路故障點間歇性接地使零序電壓不斷返回，從而造成小電阻不能投入的情況。可將啟動小電阻投入回路的時間繼電器設置一定的返回延時，躲過間歇性接地零序電壓不斷返回的影響，確保小電阻的可靠投入，從而利用小電阻抑制過電壓，進而故障選線，切除接地故障。

3 結語

對于原10 kV升壓改造為20 kV的混合線路，不宜直接采用消弧線圈接地方式，而采用靈活接地方式即可滿足設備耐壓水平要求，又能在瞬時接地故障下保證供電安全性和連續性。對靈活接地方式實際運行中存在的問題提出改進措施后，將進一步提高靈活接地方式的運行可靠性與安全性。

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