丁道敏

摘 要：為了保障配電網(wǎng)系統(tǒng)的有序運(yùn)行，配電網(wǎng)的接地方式應(yīng)該選合適的中性點(diǎn)接地方式，才能更好地保障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。該文就10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，然后針對(duì)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地情況提出有效的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：10 kV配電網(wǎng) 中性點(diǎn)接地 優(yōu)化策略

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0041-02

目前，就我國(guó)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式來(lái)看，主要采用3種接地方式：第一種是中性點(diǎn)對(duì)地絕緣接地方式；第二種是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式；第三種是中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，接地方式的不同，其本身的應(yīng)用場(chǎng)合和特點(diǎn)也有所不同。中性點(diǎn)對(duì)地絕緣方式對(duì)設(shè)備絕緣擊穿的概率相對(duì)較大，主要因?yàn)檫@種接地方式發(fā)生接地故障時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓。此外，中性點(diǎn)對(duì)地絕緣方式在故障定位方面相對(duì)困難，對(duì)于發(fā)生的事故難以在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理，因此，這種方式在很多電網(wǎng)中已經(jīng)被取消。

1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)介紹

中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障的情況下，還可以繼續(xù)供電，但是配電網(wǎng)的這種優(yōu)勢(shì)在電流較大的情況下卻不在顯現(xiàn)。通過對(duì)這種配電網(wǎng)的改進(jìn)，進(jìn)而研制出中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)，其中，消弧線圈主要是一個(gè)可調(diào)電感線圈，在變壓器的中性點(diǎn)位置進(jìn)行裝設(shè)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式在配電網(wǎng)為電纜混合線路和架空線路組成時(shí)適合使用，主要在于這種方式可以抑制過電壓，有利于降低接地故障，能夠提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

2.1 消弧線圈的基本原理分析

電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中發(fā)生接地故障時(shí)，在零序電壓作用下，消弧線圈就會(huì)產(chǎn)生感性補(bǔ)償電流，該電流的方向與流過故障點(diǎn)的電網(wǎng)電容電流方向相反，所以，流經(jīng)故障點(diǎn)的就是感性補(bǔ)償電流與電網(wǎng)電容電流的矢量和，一定程度上會(huì)降低流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，電流在過零點(diǎn)時(shí)會(huì)熄滅電弧，以此來(lái)切除故障點(diǎn)。

當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)中所使用的10 kV配電網(wǎng)絡(luò)的電源出線側(cè)采用的接線方式一般都是三角形接線方式，系統(tǒng)中沒有中性點(diǎn)引出，因此，需要采用人工方式建立一種中性點(diǎn)。針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的中性點(diǎn)問題，當(dāng)前使用Z型接地變壓器來(lái)解決，與普通的三相芯式電壓變壓器相比，兩者的結(jié)構(gòu)基本相同。每相鐵芯上的繞組一般會(huì)分為上下兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分之間的連接呈現(xiàn)曲折形的連接，即所謂的Z型連接。由于Z型接地變壓器的接線方式相對(duì)獨(dú)特，在同一柱上兩半部分繞組的零序電流方向往往會(huì)相反，因此，所產(chǎn)生的零序電抗相對(duì)較小，不會(huì)對(duì)零序電流產(chǎn)生扼流效應(yīng)。如果將Z型接地變壓器中性點(diǎn)接入消弧線圈，可讓消弧線圈的補(bǔ)償電流自由的流過，因此，這種變壓器經(jīng)常被用作接地變壓器。

電容電流的補(bǔ)償一般分為3種方式，主要包括完全補(bǔ)償方式、欠補(bǔ)償方式以及過補(bǔ)償方式，在電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，為了避免諧振過電壓的產(chǎn)生，往往采用的補(bǔ)償方式是過補(bǔ)償方式。

2.2 跟蹤補(bǔ)償式消弧線圈

隨著配電網(wǎng)的改造以及新線路的投產(chǎn)運(yùn)行，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)中的很多線路退出了運(yùn)行，電力系統(tǒng)的對(duì)地零序電容電流也在不斷地發(fā)生變化。為了避免電力補(bǔ)償中諧振過電壓的產(chǎn)生，消弧線圈的補(bǔ)償容量需要隨著系統(tǒng)對(duì)零序電容電流的變化而變化，即根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整消弧線圈的補(bǔ)償容量。我國(guó)當(dāng)前使用的消弧線圈主要有兩種形式：一種是手動(dòng)調(diào)節(jié)的形式，還有一種是自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)男问?。在采用手?dòng)調(diào)節(jié)的情況下，消弧線圈需要退出運(yùn)行的狀態(tài)，且需要通過人為方式估算電容電流值，這種情況下往往容易產(chǎn)生較大的誤差，后一種自動(dòng)實(shí)施電容和電流量測(cè)量的方式可以自動(dòng)調(diào)整消弧線圈，確保補(bǔ)償電流能夠快速地適應(yīng)系統(tǒng)的變化，這種自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈是人們的主要選擇。

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈分為4種方式，包括調(diào)匝式、直流偏磁式、調(diào)氣隙式以及二次調(diào)容式等類型，各種調(diào)節(jié)方式都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，一般電網(wǎng)中普遍采用的方式是二次調(diào)容式消弧線圈。二次調(diào)容式消弧線圈的主要工作原理是利用電容器的投退組合實(shí)現(xiàn)電容量的多級(jí)變化，通過電容量的變化控制電感以及電流的大小，最終達(dá)到控制消弧線圈補(bǔ)償容量的目的。消弧線圈的成套裝置通常由6個(gè)部分組成，包括Z型變壓器、二次調(diào)節(jié)消弧線圈、阻尼電阻箱、自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)、選線控制器、電容調(diào)節(jié)柜和控制屏。

2.3 消弧線圈的故障檢查

如果中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，非故障線路零序電流的大小一般等于該線路的接地電容電流，線路的方向是從母線流向線路的容性流。在故障線路的開始階段，出現(xiàn)的零序電流通常是兩個(gè)電流的矢量和，其中一個(gè)是感性補(bǔ)償電流，還有另外一個(gè)是電網(wǎng)電容電流，在過量補(bǔ)償情況下，電流的方向是從自線路流向母線，也可以看作是自母線流向線路的容性電流。所以，故障線路保護(hù)安裝位置零序電流的大小等于故障相補(bǔ)償殘余電流與非故障相接地電容電流之和，其本身的方向是從母線流向線路的容性電流。由此可知，通過線路補(bǔ)償之后，費(fèi)故障線路和故障線路之間的零序電流幅值大小以及電流方向上的差異性就不是特別明顯了，一定程度上增加了接地選線裝置的選線難度。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線方面已經(jīng)有了突出的研究，且在這方面也取得了較大的成果。但是，通過這些選線原理制造的選線裝置，不夠具備電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用的準(zhǔn)確性與可靠性。對(duì)于這種現(xiàn)象，電力領(lǐng)域的研究學(xué)者和專家認(rèn)為，還沒有相對(duì)準(zhǔn)確的微機(jī)裝置能夠制動(dòng)電力跳閘現(xiàn)象。目前很多電網(wǎng)中雖然廣泛地應(yīng)用了跟蹤補(bǔ)償式消弧線圈裝置，但是為了保障這種裝置運(yùn)行的可靠性，并沒有將其真正地投入運(yùn)行當(dāng)中。

3 10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化策略分析

在配電網(wǎng)運(yùn)行中，由于線路在發(fā)生單相接地故障時(shí)，其非故障相上所產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓會(huì)在電力系統(tǒng)絕緣相對(duì)薄弱的位置造成閃絡(luò)，導(dǎo)致電力事故的出現(xiàn)。為了避免電力事故的發(fā)生，需要加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化，而新型接地方式就是對(duì)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式優(yōu)化的結(jié)果，這種方式本身具有補(bǔ)償電容電流能力的作用，同時(shí)還能夠降低接地的瞬態(tài)過電壓，無(wú)論是在哪一種接地的情況下，都可以順利地選出可能出現(xiàn)的故障線路。具體的接地模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在圖1中，L是消弧線圈的本體，R1為15 ?的小電阻，R2為1 200 ?大電阻，R3是10～100 ?的可以調(diào)節(jié)選線的電阻。各電阻的取值依據(jù)都不同，R1的取值依據(jù)是在抑制瞬態(tài)過電壓的同時(shí)，避免過大的故障點(diǎn)電流，而R2的取值依據(jù)則是在發(fā)揮消弧線圈滅弧性的同時(shí)，避免電壓漂移。

當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行保持正常時(shí)，圖1中的K1、K2就會(huì)呈現(xiàn)閉合狀態(tài)，而K3就會(huì)斷開，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)位置的小電阻會(huì)接地，如果系統(tǒng)在發(fā)生接地故障的情況下，K1斷開的時(shí)間就會(huì)延遲，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)位置的大電阻就會(huì)接地，在單項(xiàng)接地故障消失之后，K1會(huì)繼續(xù)閉合，中性點(diǎn)接地的運(yùn)行將會(huì)恢復(fù)正常狀態(tài)；如果單向接地故障是永久性的狀態(tài)，K2就會(huì)同可調(diào)電阻R3配合，最終實(shí)現(xiàn)故障選線。

最后通過系統(tǒng)運(yùn)行確定中性點(diǎn)位置電壓，延長(zhǎng)電壓的恢復(fù)時(shí)間，一定程度上可以降低發(fā)生間歇性電弧接地的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式不同，新型的10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地主要有以下幾個(gè)方面的特征：首先是電網(wǎng)保持在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的并聯(lián)電阻接地，能夠避免虛幻接地現(xiàn)象的產(chǎn)生；如果整個(gè)線路在發(fā)生瞬時(shí)性接地后，中性點(diǎn)接地就會(huì)轉(zhuǎn)為經(jīng)消弧線圈并聯(lián)高電阻接地，相應(yīng)的系統(tǒng)阻尼會(huì)適當(dāng)?shù)臏p少，同時(shí)能夠保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，此外，新型接地方式對(duì)接地時(shí)的瞬態(tài)過電壓有一定的抑制作用，在發(fā)生故障的情況下，能夠降低母線上的瞬時(shí)過電壓；最后，在線路發(fā)生金屬性接地時(shí)，能夠判斷線路的故障點(diǎn)位置。

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