趙啟兵，袁建州，劉渝根

（1.鶴壁供電公司，河南省鶴壁市，458000；2.河南省電機工程學會，鄭州市，450004；3.重慶大學電氣工程學院，重慶市，400044）

0 引言

35 kV電網(wǎng)在我國城市近郊電網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)中占較大比重，受地理條件限制，其線路一般不進行換位處理（或換位不充分），造成三相對地電容不對稱，從而使電網(wǎng)三相電壓不平衡。若按正常補償度整定消弧線圈，三相電壓不平衡度可能加劇，甚至導致電網(wǎng)無法正常運行。增大消弧線圈補償度，雖然可改善電網(wǎng)正常運行時三相電壓不平衡度，但雷擊引起線路單相接地時，因消弧線圈補償度過大，使接地點工頻電弧不易熄滅，消弧線圈不能有效發(fā)揮熄滅電弧的作用，線路雷擊跳閘率無法降低。本文提出了一種新型的適用于山區(qū)35 kV電網(wǎng)中性點運行方式，既能保證電網(wǎng)正常運行時三相電壓平衡，又能充分發(fā)揮消弧線圈熄滅線路單相接地工頻續(xù)流電弧，從而起到消除單相接地故障的作用。

1 35 kV電網(wǎng)運行中存在的問題

35 kV線路若不進行換位，往往存在三相對地電容不對稱問題[1]，當線路總長超過100 km時，電容不對稱情況更為顯著。表1為重慶電力公司35 kV麒麟壩變電站總長120 km線路的單相接地電容電流實測結果[2]，表2為該線路三相對地電容的計算值。表1中ISA、ISB、ISC為A、B、C相單相接地電容電流，表2中CA、CB、CC分別為A、B、C三相對地電容。

表1 單相接地電容電流實測值Tab.1 Measured value of single-phase grounding capacitive current

表2 三相對地電容計算值Tab.2 Calculated value of three-phase grounding capacity

經(jīng)計算得到電網(wǎng)中性點采用絕緣運行方式時的三相電壓值，如表3所示，其中UA、UB、UC分別為三相電壓。由表3可知，當電網(wǎng)中性點采用絕緣運行方式時，三相電壓最大不平衡度約為4.5%，符合電網(wǎng)正常運行要求。

電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈（以消弧線圈XDJ-550/35為例）接地運行方式時，計算電網(wǎng)正常運行時消弧線圈不同檔位（即不同補償度）下的中性點位移電壓及三相電壓，結果如表4所示。電網(wǎng)正常運行時，消弧線圈不同檔位（即不同補償度）下的中性點位移電壓及三相電壓不平衡度為5%～96%。

表3 中性點采用絕緣運行方式時電網(wǎng)的三相電壓值Tab.3 Value of three-phase voltage underr insulation operation of neutral pointt

表4 中性點經(jīng)消弧線圈接地時中性點位移電壓及三相電壓不平衡度Tab.4 Calculation results after compensation of suppressing coil

電網(wǎng)單相接地時，投入消弧線圈（以XDJ-550/35為例），計算消弧線圈不同檔位（即采用不同補償度）下的接地電弧電流，結果如表5所示。

表5 消弧線圈補償單相接地電容電流Tab.5 Value of single-phase grounding capacitive current after compensation of suppressing coil

整定消弧線圈必須同時兼顧3個原則：（1）合適的補償度，一般為5%～10%；（2）對于35 kV系統(tǒng)，經(jīng)消弧線圈補償后的單相接地電流即殘流應控制為3～10 A；（3）系統(tǒng)帶消弧線圈正常運行時，中性點位移電壓小于中性點位移電壓的15%，考慮到三相電壓的平衡，小于中性點位移電壓的5%為宜[2]。當電網(wǎng)在帶消弧線圈運行時，從兼顧電網(wǎng)三相電壓平衡和中性點位移電壓整定原則考慮，消弧線圈補償檔位應選Ⅳ－Ⅸ檔（表4）。而從消弧線圈補償單相接地電流整定原則考慮，消弧線圈應選Ⅰ檔位或Ⅱ檔位（表5）。

由此可見，山區(qū)35 kV電網(wǎng)由于三相對地電容不對稱，消弧線圈的整定幾乎不能兼顧正常運行時三相電壓的平衡和單相接地時消弧線圈的消弧作用，這樣就給電網(wǎng)的正常運行和降低線路雷擊跳閘率帶來了相當?shù)睦щy。

2 新型的中性點運行方式

在大量的現(xiàn)場實驗和對電網(wǎng)運行中暫態(tài)過程數(shù)值模擬計算的基礎上，通過對中性點新型運行方式下可能出現(xiàn)的過電壓和沖擊電流水平以及可行性的研究，提出了一種適于山區(qū)35 kV電網(wǎng)的中性點運行方式。該運行方式利用中性點絕緣運行方式下電網(wǎng)三相電壓不平衡度最小的特點，在電網(wǎng)正常運行時采用中性點絕緣運行方式，保證三相電壓的平衡；當電網(wǎng)因雷擊引起線路單相接地時，通過對電網(wǎng)三相電壓和中性點電壓等參數(shù)的檢測，利用自動投切裝置快速投入已經(jīng)正常整定的消弧線圈，消弧線圈的投入將迅速熄滅單相接地短路電流電弧，從而消除單相接地故障；在檢測到單相接地故障已經(jīng)消除后，利用自動投切裝置退出消弧線圈將電網(wǎng)恢復到正常運行時的中性點絕緣運行方式。該運行方式既能保證電網(wǎng)正常運行時三相電壓平衡，又能充分發(fā)揮消弧線圈有效熄滅單相接地電弧消除單相接地故障的作用，從而提高了山區(qū)35 kV電網(wǎng)運行水平和防雷水平，降低線路雷擊跳閘率，減少電網(wǎng)停電事故。消弧線圈自動投切裝置原理如圖1所示。

3 新型中性點運行方式下的暫態(tài)過程計算

3.1 投切消弧線圈暫態(tài)過程計算

新型的中性點運行方式數(shù)值模擬計算等值圖如圖2所示。圖中：RS為電源內(nèi)電阻；LS為電源內(nèi)電抗；L為消弧線圈的調諧電感；CA、CB、CC分別為電網(wǎng)各相對應的對地電容；K為單相接地短路點；S為消弧線圈的投切開關[3-4]。

電網(wǎng)A相在10 ms時刻燃弧，30 ms時刻重燃，并在重燃后投入消弧線圈。圖3為模擬故障點2次燃熄弧[5]后投入消弧線圈故障相、健全相和中性點上的電壓。圖4為消弧線圈沖擊電流，35 ms時刻為電流最大值時刻。

由圖3、4可得：消弧線圈投入后，故障相、非故障相、中性點過電壓均被有效抑制，電壓恢復正常。

電網(wǎng)在2.00 s時刻退出消弧線圈，經(jīng)計算得到消弧線圈退出時的三相電壓和中性點電壓曲線如圖5所示。由圖5可得：退出消弧線圈時三相電壓和中性點最大電壓值分別為1.30 pu（1 pu=35×√2/3 kV）和0.30 pu，均在暫態(tài)過程電壓允許范圍。

3.2 單相短路暫態(tài)過程計算

不同相單相短路對應的電網(wǎng)過電壓最大值和消弧線圈電流的最大值如表6所示。

表6 單相短路時的過電壓值和沖擊電流值Tab.6 Values of over-voltage and impulse current in single-phase short circuit

新型中性點運行方式下消弧線圈的投入和切除會引起電網(wǎng)電磁振蕩，考慮了諸多影響因素的大量數(shù)值模擬計算結果表明，暫態(tài)過程中并不會引起超過中性點絕緣運行或經(jīng)消弧線圈接地運行的35 kV電網(wǎng)中的過電壓和過電流。

4 結論

（1）提出了一種適用于山區(qū)35 kV電網(wǎng)的中性點運行方式，即電網(wǎng)正常運行時采用中性點絕緣運行方式，保證電網(wǎng)三相電壓的平衡，在電網(wǎng)因雷擊發(fā)生單相接地故障后投入消弧線圈，充分消弧線圈熄滅單相接地故障的作用，接地故障消除后退出消弧線圈恢復正常運行時的中性點絕緣運行方式。

（2）新型中性點運行方式的暫態(tài)過程中可能出現(xiàn)的故障相、健全相和中性點電壓最大值分別不超過2.60、2.89 pu和2.10 pu，電網(wǎng)過電壓水平均在電網(wǎng)絕緣配合的允許范圍內(nèi)。

（3）消弧線圈在整個暫態(tài)過程中可能承受的過電壓最大值和過電流最大值分別為2.10 pu和27.4 A，因此可以利用負荷開關配以自動操作裝置完成投入和退出操作。

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