10kV配電網中性點接地方式與轉供電技術研究分析

國網寧夏電力公司吳忠供電公司 王鑫

1 引言

隨著電力系統的不斷發展，10kV 配電網運行質量受到更多的關注，本文結合供電實際情況和應用要求，全面分析線路特征，從而落實規范化供電管理技術，更好地抑制配電系統中弧光接地電壓等造成的影響。

2 10kV配電網中性點接地方式分析

在傳統的城市配電網應用體系中，更多的是環網供電和多電源供電。因此，電纜出線為主的電網結構模式會影響電容電流參數，相較于中性點經消弧線圈接地，中性點經小電阻接地方式具有顯著的優勢。中性點經小電阻接地方式參數如表1所示。

表1 中性點經小電阻接地方式參數

電阻本身是阻尼元件，能夠有效降低諧振過電壓造成的影響。中性點經小電阻這種接地處理方式能夠顯著降低操作過電壓造成的影響。在電纜線路接地故障處理過程中，多數故障為永久性故障，一般無法帶故障運行，因此，一旦出現單相接地故障，中性點經小電阻接地方式和零序保護模式就能夠形成良好的配合機制，及時完成故障的切除，也為故障線路重合閘管理提供支持[1]。中性點經小電阻接地方式能夠適用于電容電流參數較大范圍的動態變化。

3 10kV配電網轉供電技術方案

在10kV 配電網轉供電處理工作中，需要關注接地處理的具體要求，保證繼電保護裝置動作效能滿足應用要求，選取適配的處理方式，及時完成告警控制和處理，為減少故障造成的損失提供保障。

3.1 案例情況

結合供電管理要求，需要建立更加可控的10kV配電網應用管理系統。本文以國網某市電力公司市南架空線路為例，線路總長為1915km，電纜線路的總長達到6901km，電纜線路占比較高。為此，10kV 母線設置4 條出線結構，1 條架空線路、3 條電纜線路[2]，系統接地結構如圖1所示。

圖1 系統接地結構

由圖1可知，10kV 配電網結構中10kV 側母線利用的是單母分段接地處理模式，正常狀態下母線獨自運行，每臺主變配合一段母線就能實現互為備用的處理。依據規范要求，10kV配電系統架空線路選取的是鋁絞線，尺寸為185.0mm2，數量為19根，直徑為3.5mm，截面積達到182.8mm2。借助架空出線和電纜出線的線路參數對比，能夠有效了解架空線路的應用控制水平，維持系統綜合管理效果[3]。

3.2 電氣特性

結合10kV 配電網接地處理方式的改造方案可知，在實際運行環境中需要落實不同接地方式的轉供電處理。轉供電方式是10kV 配電網接地方式退出消弧線圈、退出小電阻、并列運行狀態下的小電阻接地側非合環路線，對單相故障問題進行相應處理情況的對比評估。

3.2.1 合環方式—退出消弧線圈

在合環操作開始前完成消弧線圈的退出處理，將其實際的接地方式轉變為不接地，并且將其和小電阻接地方式予以合環操作，待合環作業完成后就能夠獲取有且僅有一個的接地點，實現經小電阻接地的轉型。不同位置單相接地故障狀態下零序電流波形如圖2所示。

圖2 不同位置單相接地故障狀態下零序電流波形

由圖2可知，在f1、f2 位置發生單項接地故障后，線路的零序電流變化也會隨之產生不同程度的改變[4]。在f1 位置，小電阻側非合環線的零序電流參數接近150A，原有的零序保護模式展開動作，并實現故障線路的隔離。結合合環后線路增長的實際情況，電容電流參數也在增加，若是沒有配置對應的零序方向保護機制，零序過流保護環節會出現較為嚴重的誤動現象。而在f2 單相接地故障狀態下，線路的零序電流接近200A，線路小電阻側零序保護可靠性動作應用效果較為突出，在切斷故障線路后，原有的消弧線圈接地系統盡管依舊運行，卻沒有及時消解故障，就會出現不接地系統單相接地故障問題。在實際合環處理環節中，需要在合環開關位置展開保護處理，有效進行跳開合環開關的控制工作，確保閉鎖小電阻系統側零序保護工作順利展開，也為原有的消弧線圈應用過程提供告警信息。

3.2.2 合環方式—退出小電阻

在合環操作開始前退出小電阻，采取不接地處理模式，完成消弧線圈接地系統合環運行管理工作，并將系統改為經消弧線圈接地運行，零序電流此時不會出現通路狀態。設定在消弧線圈合環前予以電容電流調諧，若是穩態電流在180A 以上，則會直接形成間歇性弧光接地。合環方式單相接地故障時故障點電流波形如圖3所示。在這種合環方式中，需要考量小電阻接地系統電容電流參數變化。在合環運行工作開始后，消弧線圈無法滿足過補償，甚至出現較為嚴重的諧振過電壓現象。此時會對系統的運行穩定性產生影響，消弧線圈只能暫時退出，所以這種合環處理方式的安全風險較大。

圖3 合環方式單相接地故障時故障點電流波形

3.2.3 合環方式—并行運行

在合環操作開始前，只需要將兩種接地處理方式直接進行合環處理。兩種基礎性接地處理模式處于并存狀態。基于相關參數的匯總后分析可知，f1位置單相接地故障時，小電阻側非合環零序電流和第一種合環方式發生單相接地故障的時間、數值參數較為一致，對應的故障隔離模式也類似。在f2 位置上的故障并沒有得到有效隔離，要想滿足運行要求，就要在選線裝置和保護系統方面予以控制，并在合環開關位置上設置具體的保護模式，以便能夠及時進行故障分析和評估，確保跳開合環開關的同時滿足隔離故障。最關鍵的是，合環方式在跳開合歡開關的同時，還能夠保證閉鎖小電阻系統側零序保護工作順利落實，第一時間對消弧線圈系統發出警告指令。所以綜合考量設置、安全以及運行穩定等因素，選取第三種合環處理方式較為合理。

4 建模仿真

基于變壓器中性點電壓參數可知，在建立基礎計算模型的同時，需要依據10kV 配電網系統等值電路模型建立相關體系，并充分發揮分布參數的模擬優勢，更好地維持良好的對地電容電流管理效能。

4.1 單相接地故障的暫態過電壓

一次燃弧過電壓最大值與電流和電阻的關系如表2所示。

表2 一次燃弧過電壓最大值與電流和電阻的關系（單位:V)

由表2可知，數值會隨著中性點電阻的增加而增大，但是對應的增幅有限，在中性點電阻增加的過程中，中性點暫態電壓也會增加，表明中性點小電阻阻值要控制在合理范圍內才能夠更好地維持后續作業。

中性點電壓波形如圖4所示。

圖4 中性點電壓波形

設定電纜線路A 相出現單相接地故障，對應的小電阻接地方式為三相電壓波形、中性點電壓波形和接地點電流波形。小電阻接地對于中性點電壓偏移能夠予以有效控制，以便能夠建立更加可控規范的管理模式。單相接地故障發生后中性點電壓幅值和電流幅值都會降低，對應的非故障相電壓也會隨之升高1.3倍，此時，接地點電流增加，就能夠更好地完成接地故障選線工作，在繼電保護配合下及時完成故障切除。

4.2 中性點經消弧線圈接地方式

在消弧線圈選取接地方式的過程中，為了保證后續作業的安全性和規范性，一般在單相接地過程進入穩態后陸續開展，消弧線圈能夠有效對線路予以補償，確保對地電容電流參數滿足預期，一定程度上提高熄弧后系統儲能管理的水平，保證系統電壓得以優化。因為此時系統過電壓數值較大，所以線路對地電容和消弧線圈電感等電壓參數都維持較低參數范圍內。

4.3 中性點接地運行處理優化

在中性點接地方式改造處理環節中，需要結合不同接地處理模式的運行特點進行綜合評估，確保能對不同狀態下的電流特性予以分析，利用直接合環運行的方式能夠提升保護操作的實效性，完成閉鎖裝置保護管控和告警信息的實效性升級，為系統安全可靠運行提供保障。

5 結語

傳統中性點經消弧線圈已經不能夠滿足配網的應用要求，因此，為了建立完整的系統管理模式，在10kV 配電網中性點接地運行方式轉變處理環節中，整合具體的合環控制模式，有效實現弧光接地電壓的限制處理，保證了系統運行的安全性和可靠性，為配電網可持續健康發展奠定堅實基礎。