10kV配電網中性點接地方式的優化

丁道敏

摘 要：為了保障配電網系統的有序運行，配電網的接地方式應該選合適的中性點接地方式，才能更好地保障電網系統運行的穩定性。該文就10 kV配電網中性點接地方式的運行現狀進行分析，然后針對配電網中性點接地情況提出有效的優化策略。

關鍵詞：10 kV配電網 中性點接地 優化策略

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0041-02

目前，就我國配電網的中性點接地方式來看，主要采用3種接地方式：第一種是中性點對地絕緣接地方式；第二種是中性點經消弧線圈接地方式；第三種是中性點經電阻接地方式，接地方式的不同，其本身的應用場合和特點也有所不同。中性點對地絕緣方式對設備絕緣擊穿的概率相對較大，主要因為這種接地方式發生接地故障時，往往會產生較高的過電壓。此外，中性點對地絕緣方式在故障定位方面相對困難，對于發生的事故難以在較短的時間內進行處理，因此，這種方式在很多電網中已經被取消。

1 中性點經消弧線圈接地的配電網介紹

中性點不接地運行方式的配電網在發生單相接地故障的情況下，還可以繼續供電，但是配電網的這種優勢在電流較大的情況下卻不在顯現。通過對這種配電網的改進，進而研制出中性點經消弧線圈接地的配電網，其中，消弧線圈主要是一個可調電感線圈，在變壓器的中性點位置進行裝設。中性點經消弧線圈接地方式在配電網為電纜混合線路和架空線路組成時適合使用，主要在于這種方式可以抑制過電壓，有利于降低接地故障，能夠提升電網運行的可靠性。

2 中性點經消弧線圈接地方式的配電網運營現狀

2.1 消弧線圈的基本原理分析

電網在運行的過程中發生接地故障時，在零序電壓作用下，消弧線圈就會產生感性補償電流，該電流的方向與流過故障點的電網電容電流方向相反，所以，流經故障點的就是感性補償電流與電網電容電流的矢量和，一定程度上會降低流經故障點的電流，電流在過零點時會熄滅電弧，以此來切除故障點。

當前我國電力系統中所使用的10 kV配電網絡的電源出線側采用的接線方式一般都是三角形接線方式，系統中沒有中性點引出，因此，需要采用人工方式建立一種中性點。針對系統運行的中性點問題，當前使用Z型接地變壓器來解決，與普通的三相芯式電壓變壓器相比，兩者的結構基本相同。每相鐵芯上的繞組一般會分為上下兩個部分，這兩個部分之間的連接呈現曲折形的連接，即所謂的Z型連接。由于Z型接地變壓器的接線方式相對獨特，在同一柱上兩半部分繞組的零序電流方向往往會相反，因此，所產生的零序電抗相對較小，不會對零序電流產生扼流效應。如果將Z型接地變壓器中性點接入消弧線圈，可讓消弧線圈的補償電流自由的流過，因此，這種變壓器經常被用作接地變壓器。

電容電流的補償一般分為3種方式，主要包括完全補償方式、欠補償方式以及過補償方式，在電網系統的實際運行過程中，為了避免諧振過電壓的產生，往往采用的補償方式是過補償方式。

2.2 跟蹤補償式消弧線圈

隨著配電網的改造以及新線路的投產運行，導致互聯網中的很多線路退出了運行，電力系統的對地零序電容電流也在不斷地發生變化。為了避免電力補償中諧振過電壓的產生，消弧線圈的補償容量需要隨著系統對零序電容電流的變化而變化，即根據實際情況調整消弧線圈的補償容量。我國當前使用的消弧線圈主要有兩種形式：一種是手動調節的形式，還有一種是自動跟蹤補償的形式。在采用手動調節的情況下，消弧線圈需要退出運行的狀態，且需要通過人為方式估算電容電流值，這種情況下往往容易產生較大的誤差，后一種自動實施電容和電流量測量的方式可以自動調整消弧線圈，確保補償電流能夠快速地適應系統的變化，這種自動跟蹤補償的消弧線圈是人們的主要選擇。

自動跟蹤補償的消弧線圈分為4種方式，包括調匝式、直流偏磁式、調氣隙式以及二次調容式等類型，各種調節方式都有自身的優缺點，一般電網中普遍采用的方式是二次調容式消弧線圈。二次調容式消弧線圈的主要工作原理是利用電容器的投退組合實現電容量的多級變化，通過電容量的變化控制電感以及電流的大小，最終達到控制消弧線圈補償容量的目的。消弧線圈的成套裝置通常由6個部分組成，包括Z型變壓器、二次調節消弧線圈、阻尼電阻箱、自動跟蹤調節、選線控制器、電容調節柜和控制屏。

2.3 消弧線圈的故障檢查

如果中性點經消弧線圈接地時，非故障線路零序電流的大小一般等于該線路的接地電容電流，線路的方向是從母線流向線路的容性流。在故障線路的開始階段，出現的零序電流通常是兩個電流的矢量和，其中一個是感性補償電流，還有另外一個是電網電容電流，在過量補償情況下，電流的方向是從自線路流向母線，也可以看作是自母線流向線路的容性電流。所以，故障線路保護安裝位置零序電流的大小等于故障相補償殘余電流與非故障相接地電容電流之和，其本身的方向是從母線流向線路的容性電流。由此可知，通過線路補償之后，費故障線路和故障線路之間的零序電流幅值大小以及電流方向上的差異性就不是特別明顯了，一定程度上增加了接地選線裝置的選線難度。雖然國內外對中性點非直接接地系統單相接地故障選線方面已經有了突出的研究，且在這方面也取得了較大的成果。但是，通過這些選線原理制造的選線裝置，不夠具備電力系統推廣應用的準確性與可靠性。對于這種現象，電力領域的研究學者和專家認為，還沒有相對準確的微機裝置能夠制動電力跳閘現象。目前很多電網中雖然廣泛地應用了跟蹤補償式消弧線圈裝置，但是為了保障這種裝置運行的可靠性，并沒有將其真正地投入運行當中。

3 10 kV配電網中性點接地方式的優化策略分析

在配電網運行中，由于線路在發生單相接地故障時，其非故障相上所產生的瞬態過電壓會在電力系統絕緣相對薄弱的位置造成閃絡，導致電力事故的出現。為了避免電力事故的發生，需要加強對配電網中性點接地方式的優化，而新型接地方式就是對配電網中性點接地方式優化的結果，這種方式本身具有補償電容電流能力的作用，同時還能夠降低接地的瞬態過電壓，無論是在哪一種接地的情況下，都可以順利地選出可能出現的故障線路。具體的接地模塊結構圖如圖1所示。

在圖1中，L是消弧線圈的本體，R1為15 ?的小電阻，R2為1 200 ?大電阻，R3是10～100 ?的可以調節選線的電阻。各電阻的取值依據都不同，R1的取值依據是在抑制瞬態過電壓的同時，避免過大的故障點電流，而R2的取值依據則是在發揮消弧線圈滅弧性的同時，避免電壓漂移。

當電力系統的運行保持正常時，圖1中的K1、K2就會呈現閉合狀態，而K3就會斷開，中性點經消弧線圈并聯位置的小電阻會接地，如果系統在發生接地故障的情況下，K1斷開的時間就會延遲，中性點經消弧線圈并聯位置的大電阻就會接地，在單項接地故障消失之后，K1會繼續閉合，中性點接地的運行將會恢復正常狀態；如果單向接地故障是永久性的狀態，K2就會同可調電阻R3配合，最終實現故障選線。

最后通過系統運行確定中性點位置電壓，延長電壓的恢復時間，一定程度上可以降低發生間歇性電弧接地的概率。

4 結語

與傳統的中性點接地方式不同，新型的10 kV配電網中性點接地主要有以下幾個方面的特征：首先是電網保持在正常運行狀態時，中性點經消弧線圈的并聯電阻接地，能夠避免虛幻接地現象的產生；如果整個線路在發生瞬時性接地后，中性點接地就會轉為經消弧線圈并聯高電阻接地，相應的系統阻尼會適當的減少，同時能夠保障電力系統的正常運行，此外，新型接地方式對接地時的瞬態過電壓有一定的抑制作用，在發生故障的情況下，能夠降低母線上的瞬時過電壓；最后，在線路發生金屬性接地時，能夠判斷線路的故障點位置。

參考文獻

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