10kV小電阻接地系統設計策略

劉志杰

摘要：隨著城市10kV配電網系統電纜的使用增加，使得電容電流飛速增長，最終導致10kV配電網原有的中性點接地方式越來越不能滿足要求，本文針對某110kV變電站10kV配電網接地系統改造案例，論述接地改造方案，并對接地方式改造后的影響進行分析，為今后10kV配網小電阻接地系統改造設計提供參考。

關鍵詞：10kV配網;小電阻接地系統;設計策略

引言

受弧光接地過電壓、單相接地電流超限以及設備絕緣水平等因素的影響，近年來中性點經小電阻接地系統成為我國大中型城市配電網的主要發展趨勢?，F階段城區配電網主要以10kV電壓等級為主;然而伴隨著持續增長的電力負荷水平，城區負荷密度已經達到歷史高點，大量的公共土地資源被現有的變電站及饋線所占用，城區配電網的發展受到了一定的限制。為增大供電容量、擴大供電半徑以及減小線路損耗，部分大中型城市率先采用10kV配電網小電阻接地系統。

1小電阻接地系統故障分析

目前，小電阻接地系統中針對高阻接地故障的研究主要集中在保護原理方面。在現有的零序電流保護原理的基礎上引入零序電壓信息對測量的零序電流進行修正，使得修正后的零序電流測量值與故障首端發生金屬性接地故障的情況相關，從而提高小電阻接地系統高阻接地故障的保護靈敏性，但此方法需要額外測得零序電壓信息;改進的反時限零序過電流保護降低保護的啟動門檻值，進而提高對高阻接地故障的保護能力，但需經過一定的動作時限才能切除故障。利用故障時各出線零序電流及中性點零序電流的關系選出故障線路，但需要額外測得中性點零序電流。提出了一種綜合功率算法以解決互感器極性校驗困難的問題，但此方法易受線路不平衡量影響。以上方法皆能有效提高小電阻接地系統高阻接地故障時保護的靈敏度，但是目前針對小電阻接地系統故障區段定位方法的研究較少。

2 10kV小電阻接地系統設計策略

2.1消弧線圈接地方式

消弧線圈分為固定式消弧線圈和自動跟蹤型消弧線圈兩類，后者又可分為預調式消弧線圈（包括調匝式和調容式）和隨調式消弧線圈（包括調相式和偏磁式）兩類。為抑制系統正常運行時消弧線圈帶來的串聯諧振問題，自動跟蹤型消弧線圈裝置只在單相接地故障時接近諧振點運行。正常情況下，預調式消弧線圈通過附加阻尼電阻來避免諧振，在單相接地時迅速切除該阻尼電阻;隨調式消弧線圈遠離全補償，在單相接地時迅速調制到諧振點。控制器是自動跟蹤類消弧線圈的靈魂，如果控制器故障或死機，則自動跟蹤型消弧線圈將失效。現場勘查是確定消弧線圈系統情況的主要工作方式。需要弄清楚各段母線是否配置了消弧線圈;已經配置的消弧線圈的容量和類型以及是否投運;查看母排、控制器和阻尼電阻等是否有損壞跡象;檢查消弧線圈控制器是否已經故障或死機;調閱消弧線圈控制器的歷史記錄，觀察是否存在異常，例如：歷史數據是否存在缺失，檢測到的容性電流是否與所掌握的電容電流情況相符，單相接地時是否正常啟動，殘流是否補償到位，有無其他異常記錄等。對于應配卻未配消弧線圈以及消弧線圈容量不足的情形，還需現場勘查是否具備加裝消弧線圈或擴容的空間，對于移動式車載變壓器的情況要特別留意。

2.2零序電流互感器

電流互感器是單相接地故障的重要感知元件，如果存在缺陷，將導致故障信息從源頭上失真，因此電流互感器對單相接地故障處理非常重要，也是確定電網運行狀態的重要勘查內容。掌握零序電流互感器情況主要采用現場勘查方式，檢查電流互感器是否存在下列常見的缺陷：

1）電流互感器配置不夠或與單相接地故障處理裝置不匹配。例如：有的出線未配置零序電流互感器;有的間隔饋出多路電纜而只在其中1個電纜上配置了零序電流互感器;有的電流互感器二次側額定電流與單相接地故障處理裝置的電流互感器參數不匹配等。

2）零序電流互感器極性接反，或用于合成零序電流的3個相電流互感器極性不正確等。

3）帶載能力不足。當二次電纜過長、截面積偏小或電流互感器選型不當時，有可能出現電流互感器實際二次負載超過設計的額定負載，導致電流互感器傳遞的二次電流比差、角差過大。

4）飽和風險。當消弧線圈失效或擋位級差較大時，會導致較大的殘流。零序電流互感器可能因承擔過大的一次電流而飽和，造成選線錯誤。

2.3離子接地極

離子接地極降阻、泄流、防腐效果較好、接地電阻較穩定、使用壽命較長，復合填料具有非常好的吸水、滲透性，能使周邊土壤保持一定的濕度，配合離子接地極使用，能釋放導電離子，增大土壤的導電離子濃度，使土壤達到良好的導電狀態，并且可以逐漸使周邊越來越大范圍的區域的土壤電阻率降低。離子接地極主要具有如下優點：1）接地電阻幾乎不隨季節變化而改變，幾乎無需日常維護。2）使用壽命較長。3）與深井接地相比具有占地面積小、容易施工等特點。

3結論

本文針對小電阻接地系統的高阻接地故障，提出了基于相電流工頻變化量比的故障區段定位方法。通過大量的設計案例，得出結論如下：

1）該方法利用相電流工頻變化量比突出故障線路上故障相與健全相的相電流工頻變化量差異，減弱了過渡電阻對故障特征的影響，原理清晰，判據簡潔。

2）該方法只需要交換各終端的相電流工頻變化量比值信息，無需電壓信息，且對采樣頻率要求不高，對通信水平要求也較低，易于工程實現。

參考文獻

[1]曹小玲，蔣多暉.中性點經小電阻接地方式在電力系統中的應用[J].華東電力，2013，41（11）：2305-2307.

[2]張豪，詹紅霞，張曦，等.基于多端故障電流匹配的配電網故障定位方法[J].智慧電力，2020，48（4）：97-103.

[3]董凱達，蔡燕春，金震.小電阻接地配電網零序保護的改進研究[J].供用電，2020，37（6）：48-52.

3013501908264