10kV配電網新型中性點接地方式

丁子琪

10kV配電網新型中性點接地方式

丁子琪

電力系統中性點的接地方式一直是一個涉及技術、科學、經濟等多方面因素的重要綜合性課題。除了幾種大眾所熟知的傳統中性點接地方式以外，論述了一種新型中性點接地方式，該方式在使用消弧線圈降低故障電流的基礎上，降低了接地時刻的瞬態過電壓，并且提高了故障選線的準確度。在10kV配電網中，兼顧了幾種傳統接地方式的優點，是一種理想的新型中性點接地運行方式。從近幾年我國配電網發展的結果來看，為了敏銳的反映用戶在安全、優質、經濟等方面的需求，目前我國普遍采用10kV電壓等級向用戶供電。本文將在介紹幾種傳統接地方式之外，對新型中性點接地方式進一步的分析研究、仿真模擬。

傳統中性點接地方式的比較

小電阻接地及諧振接地的優異性。中性點經小電阻接地方式，其優點主要如下：①有利于限制過電壓水平，對設備絕緣等級要求低，對設備安全有利；②單相接地時，由于故障電流較大，零序電流保護靈敏度高，易于快速檢出并隔離接地線路，防止事故擴大。同時存在一些缺點：①接地故障電流較大，如果零序電流保護不及時動作，很容易導致相間短路故障；②較大的短路電流會產生嚴重的電磁效應，對附近的通訊線路干擾較大；③較大的短路電流會在故障點產生大量電離氣體，建立持續的電弧，這導致線路發生可恢復的瞬時性接地故障時容易跳閘，線路跳閘率較高。

中性點經消弧線圈接地方式亦稱為諧振接地，具有以下優點：①發生單相接地故時消弧線圈產生的感性電流補償電網產生的容性電流，可以使故障點電流接近于零，增強了供電可靠性；②故障電流小，可以有效阻止瞬時性接地向永久性接地故障的演變；此外，中性點經消弧線圈接地系統還具有人身設備安全性好、電磁兼容性強和運行維護工作量小等一系列優點。但也存在一定的缺點：①對補償要求比較苛刻，運行要求比較嚴格; ②為適應不斷增長的電容電流的要求，要求不斷增加消弧線圈數量以增加其補償容量，很不經濟;⑤發生單相接地故障時，健全相電壓升高，容易引起絕緣損壞。

對傳統接地方式取優去劣的途徑。收集某地10kV配電網在2014年度的接地故障情況與連接在10kV系統上的消弧線圈動作情況發現：在發生單相接地短路時，由于消弧線圈沒有完全有效抑制線路產生的瞬態過電壓，導致配電網絕緣薄弱處發生了閃絡或擊穿，從而使系統發生相間短路的概率升高。

為了解決實際運用中消弧線圈出現的問題， 在中性點經消弧線圈接地的基礎上，并聯一個中值電阻抑制過電壓，經過分析研究證明，這是一種綜合小電阻接地及傳統中性點經消弧線圈接地方式的優秀新型中性點接地方式。

新型中性點接地方式的概述

由于傳統接地方式不能避免的有故障選線困難、電容電流過大、容易產生過電壓等弊端。隨著社會的發展，各行各業對供電質量的要求越來越高，對中性點接地方式的選擇愈加成為了一個經濟與技術性兼顧的綜合類課題。一種便于故障選線以及抑制過電壓產生的新型的中性點接地方式，區域仿真模型如下圖。

如圖1所示，K、K2均為開關，r為10～100Ω的可調選線電阻，L為消弧線圈，R1為小電阻，為使其起到抑制過電壓的效果并避免故障點流過的電流過大，阻值設置在15Ω左右；R2為大電阻，為使消弧線圈起到完全滅弧的作用并在一定程度上避免中性點飄逸，阻值設置在1200Ω左右。K2設置在故障發生后的0.025s后斷開，因此在故障暫態的仿真結果中，會有兩次不同時間點的波形變化。

當系統正常運行時，中性點的位移電壓為：

式中，v為消弧線圈的脫諧度；U00為電網三相電壓不平衡在中性點產生的不對稱電壓，d為網絡的阻尼率，在中性點新型接地系統中，

d=d0+dR+dL

圖1 新型中性點接地方式

圖4零序電壓波形圖

圖2三相電流波形圖

圖3三相電壓波形圖

圖6三相電流波形圖

圖7零序電壓波形圖

圖5 三相電壓波形圖

系統在發生單相接地故障時，延后2.5ms開關K2斷開，此時R0=R1+R2=1215Ω，此時d值很小。而故障相恢復電壓的初速度為：式中Uphm為相電壓幅值。故障相恢復電壓的時間τ為

即較小的阻尼率d可以降低故障相電壓恢復初速度，延長電壓恢復時間，降低發生間歇性電弧接地的概率。而且適當大小的阻尼率在一定程度上可以防止中性點位移電壓過高。

新型中性點接地方式的故障仿真分析

設置架空線路在距離母線7km處，過渡電阻為2Ω時，發生C相單相接地故障。故障發生的時間區域0.095s～0.11s之間，觀察并分析仿真得到的三相電流、三相電壓與零序電壓第一次發生波動的波形。如圖2、圖3以及圖4所示：

在C線路單相故障發生時，波形初次變化。故障電流在發生一個小故障角的短暫暫態過程后，如圖2所示的三相電流仿真波形可見，在故障點流過的故障電流幅值達到了1.5kA以上，同時，A、B兩相非故障相電流在故障發生前后幅值幾乎沒有變化，但周期有明顯增長。

如圖3所示的三相電壓仿真波形可見，當C相單相接地故障發生后，故障相電壓產生了一個小的故障角，在經歷短暫波動后，幅值明顯減小，降低至15kV左右，A、B兩相健全相電壓有所升高，但也不完全相同。

系統正常運行時，中性點不發生偏移，零序電壓基本為零。如圖4所示的中性點位移電壓仿真波形所示，在C相單相接地故障發生后，在線路故障處產生了零序電壓，幅值在25kV左右。

在故障發生后的0.025s時，開關K2斷開，此時線路接入阻值為1200Ω的大電阻R2，三相電流、三相電壓與零序電壓的波形第二次變化的仿真圖分別如圖5、圖6以及圖7所示。

當系統投入使用這種新型接地方式，如圖5所示的三相電流仿真波形，發生了C線路單相接地故障且開關K2斷開后，觀察并分析波形發生第二次變化。故障電流在發生一個小故障角的短暫暫態過程后，幅值明顯減小了很多，但較故障前相比依然顯得略大一些，而A、B兩相健全相電流在在開關K2閉合前后的故障過程中，幅值和大小均不發生改變。

如圖6所示的三相電壓仿真波形可見，當開關K2斷開后，即在開關閉合后的0.025s時，波形發生第二次變化。此時，故障相電壓產生了一個小的故障角，在產生短暫波動后，幅值進一步減小，幾乎降為零左右，而A、B兩相健全相電壓幅值基本相同。

系統正常運行時，中性點不發生偏移，零序電壓基本為零。如圖7在C相單相接地故障發生且K2斷開后后，線路故障處的零序電壓較K2斷開之前再次升高，幅值約為30kV左右。

新型中性點接地方式發展前景及結論

伴隨著我國電力系統迅速發展擴張，如何選擇合適的中性點接地方式，是一個牽扯到經濟、科學技術、安全等各項因素影響的綜合性問題。人們所熟知的幾十年來傳統的幾種接地方式以外，有許多學者也致力于新型接地方式的研究探討，希望在現實設備電網電力改造規模不過大，經濟成本允許的情況下，探索更合理的接地方式，上述新型接地方式是一種便于故障選線以及抑制過電壓產生的新型的中性點接地方式，更合理合適、有效規避了傳統接線方式容易出現的弊端。

（作者單位：大唐寶雞熱電廠）