10 kV配電網多種接地方式并存下運行方式調整策略研究

謝水杰

摘 要：近年來，城市配電網中架空線路逐漸改造為埋地電力電纜供電。為滿足城市電網發展需求，原有的配電網接地系統也需要進行相應的調整。在此背景下，通過分析各種接地方式的優缺點，總結了10 kV配電網系統接地方式的改造方向。針對10 kV系統接地方式改造現狀，對不同接地方式組合下的運行方式調整策略進行深入研究，并指出相關運維注意事項，為其他小電流接地電網系統遇到類似問題時的運行方式調整提供了借鑒經驗。

關鍵詞：10 kV配電網;接地方式;運行方式;調整策略

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：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配電網系統接地方式改造方向

我國10 kV系統中性點目前主要有4種接地方式：中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經小電阻接地以及中性點經消弧線圈并小電阻接地。

1.1 中性點不接地方式

中性點不接地方式的優點是結構簡單、投資少，在電網發展早期得到了廣泛應用。但隨著城市電網的不斷發展擴容，電纜線路的占比不斷提高。10 kV系統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]，且由于發生單相接地故障后線路不會跳閘，容易擴大故障范圍造成電力事故，因此后續新投產的變電站逐漸要求將其改為中性點經小電阻接地或者消弧線圈接地。

1.2 中性點經消弧線圈接地方式

中性點經消弧線圈接地方式可以在發生接地故障時補償電網產生的容性電流。但實際運行時容易出現補償不當現象而引起諧振過電壓和高頻振蕩電流電弧效，引發相間短路，對系統設備及線路絕緣水平要求較高而導致造價偏高，接地選線裝置選線準確率不高，發生故障不直接切除時容易引發電力人身事故。

1.3 中性點經小電阻接地方式

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

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;饋線開關故障容易因為接地變后備保護造成越級跳閘，擴大事故范圍;小電阻接地帶來的大電流容易因為保護動作不及時發展成相間短路;沒有區分永久故障和瞬時故障，保護結果均動作跳閘，影響供電可靠性;高阻接地故障發生時有可能拒動并發展成相間短路，無法較好地保證人身安全;目前沒有佐證跳閘準確率的有效手段。

1.4 中性點經消弧線圈并小電阻接地方式

中性點消弧線圈并小電阻接地方式兼備小電阻接地和消弧線圈接地的優點，具有更好的技術優勢。故障發生時先由消弧線圈進行補償，如果是瞬時性故障，則可以有效解除故障并避免跳閘停電;如果接地時間持續超過10 s，則自動投入小電阻，此時饋線保護動作切除線路故障，極大地降低了線路跳閘率。目前，該方式得到了有效應用，但仍在試點運行階段，尚未大規模鋪開，運行時間和運行經驗的積累尚不足。

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

2 多種接地方式組合下的運行方式調整策略

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

圖1為某變電站的正常運行方式，實心開關為合位，空心開關為分位。其中#1接地變為中性點經消弧線圈并小電阻接地方式，#2接地變為中性點經小電阻接地方式，#3接地變為中性點經消弧線圈接地方式;10 kV 1 M母線和10 kV 2 M母線分列運行，10 kV 2 M母線和10 kV 5 M母線并列運行，10 kV 5 M母線和10 kV 6 M母線分列運行。小電阻接地系統原則上不允許不帶接地裝置和無接地保護運行。正常情況下，接地裝置和主變壓器須對應運行，在倒閘操作過程中，允許兩臺接地裝置短時并列運行[2]。下面對在圖1運行方式下主變檢修時、接地變檢修時、10 kV備自投動作時的運行方式調整開展討論。

2.1 主變檢修時的方式調整

當#1主變檢修時，分4種情況進行調整。

2.1.1 情況一。如果兩段母線均為不接地系統，則只需先退出母聯開關備自投，再將10 kV 1 M母線和10 kV 2 M母線并列運行;如果1 M母線為不接地系統、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。這時可以根據母線電壓來判斷選線的結果是否正確，不正確時應繼續進行人工輪切。

2.1.2 情況二。如果兩段母線均經消弧線圈接地，母線并列后會出現兩端消弧線圈并列運行的情況，需要根據消弧裝置的類型分情況進行調整。一臺為可控硅調諧式自動跟蹤消弧線圈，一臺為調匝式，或者兩臺均為調匝式。在該組合方式下，母線并列后，兩臺消弧線圈裝置能根據計算后的電容電流共同提供準確的補償電流，且可以并列。兩臺均為可控硅調諧式自動跟蹤消弧線圈，當電網單相接地時不能提供準確的補償電流，因而不能正常運行。當出現這種方式時，需將其中一臺消弧線圈停運[3]。

2.1.3 情況三。如果1 M母線為不接地系統或經消弧線圈接地，2 M母線為消弧線圈并小電阻接地或者小電阻接地，則應在母線并列后將2 M母線接地變壓器退出運行，否則1 M母線對應的沒有改造完成的線路間隔發生單相接地故障無法動作，已完成改造的接地變保護將閉鎖備自投，跳開母聯開關及另一主變變低開關，導致兩段母線均失壓，擴大了停電范圍。退出消弧線圈并小電阻接地或者小電阻接地后，系統會變成不接地系統或者經消弧線圈接地系統，運行監視人員要做好母線的電壓監控。

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為熱備用狀態并啟用進線備投模式。母線并列后接地變的方式調整策略與前面主變檢修時的方式調整策略一致。

對于主變有兩個變低開關的，一般由于兩個變低開關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轉熱備前，為防止其所在的母線失去中性點，應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轉熱備用。

2.3 接地變檢修下的方式調整

當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，且由于接地方式的不同和保護配置的差異，不能將對應的母線進行并列，只需要保持原來的分列運行方式即可，但需要加強母線電壓監測。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，當接地變檢修時，一般將對應母線并列即可，前提是定值不失配、短路電流不超標。如果超標則不得并列，繼續保持原來運行方式，做好不接地母線的電壓監視工作。

2.4 10 kV備自投動作時的方式調整

在正常接線方式下，當分列運行的兩臺主變有一臺發生故障跳開變低開關時，10 kV母聯備自投動作合上10 kV母聯開關，這時候可以根據前面提到的4種情況進行相應處理，避免出現兩套不能并列的消弧線圈并列運行、非直接接地系統與直接接地系統或者小電阻直接接地系統并列運行。一般由調度運行人員人為進行調整，也可以根據不同動作增加聯跳邏輯的途徑來實現。

根據技術規范，同一變電站內只能有同一廠家、同一補償原理的消弧線圈并小電阻裝置，如需并列運行，發生接地故障后只允許投入一臺小電阻設備。由于非直接接地系統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跳邏輯沒有太大的現實意義。如果故障變低開關對應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，均應該在并列后退出故障變低開關對應母線的接地變裝置。關燦強[4]提出將小電阻接地變開關接入10 kV備自投聯跳回路，在備自投成功合上母聯開關后，結合母聯開關及各小電阻接地變開關位置，經一定時限自動跳開相應小電阻接地變開關，提高故障處置效率。

3 其他運維注意事項

3.1 10 kV母線并列注意事項

變電站內10 kV母線分列運行時，在其中一臺接地變長時間退出運行的情況下，為避免該段母線失去接地選線跳閘功能，應結合短路電流是否超標等情況綜合考慮10 kV母線是否并列運行。另外，當一段母線經消弧線圈接地或不接地、另一段母線靈活接地或經小電阻接地，兩段母線并列運行時，應退出小電阻出口壓板。此時系統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行。

3.2 定值整定注意事項

接地變本體的小電阻投退時間繼電器一般整定為3 s，該定值體現在消弧線圈及小電阻控制屏定值單的備注中，執行定值時應注意該時間繼電器是否按要求整定。接地變保護消缺或定檢調試時，應注意隔離跳主變變低、跳分段開關及閉鎖備自投等關聯運行設備的出口回路。

在改造過程中，要做好相關饋線的零序保護定值整定工作，避免誤整定造成饋線拒動進而擴大停電范圍。像某變電站就因為饋線保護測控裝置（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，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，將導致保護無法正確動作，進而擴大停電范圍，造成越級跳閘事故。所以，調試人員需要熟悉不同保護裝置配置的特點和不同運行方式下的定值差異，驗收人員要提升自身的業務技能水平，在驗收過程中要嚴格把關，避免出現同類型事故。

4 結語

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

參考文獻：

[1]住房和城鄉建設部.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范：GB/T 50064—2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2]廣東電網有限責任公司.廣東電網主網調度運行操作管理實施細則：Q/CSG—GPG 2 12 014—2019[S].北京：中國電力出版社，2019.

[3]曲雙燕，茅建華.并列運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[J].上海電力學院學報，2006（2）：129-132.

[4]關燦強.變電站10 kV小電阻接地系統運行方式分析[J].機電信息，2019（27）：8-9.

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