变电站10kV线路中性点接地方式的研究

王巍

摘要：本文对变电站10kV线路中性点接地做了分析与比较，指出了当前的几种常用接地方式存在的问题，结合现有的中性点灵活接地方式提出了中性点新型灵活接地方式的研究方向，该方式下中性点接地设备由消弧线圈和灵活投切的接地电阻器及选线电阻并联而成，充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障自恢复概率的作用，以及电阻抑制弧光接地过电压和谐振过电压的作用，并通过投入电阻器产生足够的电流使在单相永久接地故障下实现可靠的变电所选线。经过对Matlab仿真结果的理论分析，验证新型中性点灵活接地方式的优势。

关键词：新型中性点灵活接地；10kV线路；Matlab仿真；故障选线

1. 10kV线路中性点接地方式比较

电力系统中性点接地方式大致可以分为两类：中性点有效接地和中性点非有效接地。目前，我国变电站10kV线路中性点接地方式主要包括：中性点不接地、经消弧线圈接地和经低电阻接地等方式。中性点不接地和经消弧线圈接地在供电可靠性，人身设备安全和电磁兼容性等方面占有优势，但存在过电压水平高，难以实现接地故障的检测等不足。中性点经电阻接地有利于限制过电压水平，接地故障易于检测，但低电阻接地方式下故障电流大，人身設备安全难保证。

2.中性点灵活接地方式原理

中性点灵活接地方式是指在经消弧线圈接地的中性点上接入并联电阻，在发生单相永久性接地故障后投入此电阻，增大故障点零序电流，从而进行故障选线。

此种接地方式存在暂态过电压过高等问题。下面本文将介绍一种新型的灵活接地方式，并针对不同的中性点接地方式通过Matlab仿真比较优劣。

3. Matlab仿真

3.1 模型建立

本文使用Matlab软件中的Simpower system组件建立了一个35kV变10kV 电站的空载模型。模型使用∏型集中参数线路模拟输电线路（15km架空+10km电缆）。模型使用Three-Phase Fault组件模拟接地故障，故障类型设置为单相永久接地故障，故障线路设置为第三条出线的B相，经过计算，系统的三条出线总电容电流约为43.71A。

3.2新型灵活接地系统工作模式

10kV新型灵活接地系统的中性点构造方式为中性点经Rx、Rb，L并联后接地。其中Rx为选线电阻，阻值为600Ω；Rb为并联电阻，阻值为30Ω；L为消弧线圈；Rx，L与系统中性点相连的开关初始状态为断开，Rb与系统中性点相连的开关初始状态为闭合。其工作方式为：电网处于正常状态时，一直并接Rb电阻以限制中性点位移电压，并随时为抑制故障时的暂态过电压做准备。当发生瞬时性单相接地故障时，并联电阻经过0.5T后退出，消弧线圈在并联电阻退出前投入电路进行补偿，以此抑制暂态过电压与暂态残流，并使接地点残余电流大大减小，接地电弧很大程度上可以自行熄灭。当发生永久性单相接地故障时，发生故障后延时投入选线电阻Rx进行故障选线，配合接地保护设备及时排除故障线路。

3.3 模拟条件

本文将分别针对不同的中性点接地方式模拟单相金属性接地和经过渡电阻接地的故障，故障发生时间对应故障相的不同相位。其中新型灵活接地运行方式如下：并联电阻Rb初始时接入电路，在0.03s退出电路，消弧线圈在0.025s时接入电路，选线电阻Rx在3s时接入电路。

4.结论

经过仿真，本文得出主要结论如下：

（1）对于所有的中性点接地方式：10kV配电网发生单相接地故障时，故障生所产的暂态过电压，过电流等与系统的中性点接地方式，接地过渡电阻的大小，故障发生时故障相电压相位，电网的等级等因素都有关系。在变量单一的前提下，金属性单相接地故障与经接地过渡电阻的单相接地故障相比，所产生的过电压及过电流更严重，过渡电阻的值越大，过电压和过电流的程度越弱；单相接地故障发生在故障相电压相位为90度时比电压相位为0度时所产生的过电压及过电流更严重，其余的情况都是在0度和90度之间的过渡情况。

（2）对于原来的10kV中性点灵活接地方式：故障初始阶段工作方式和经消弧线圈的工作方式没有太大的区别，当发生金属性接地或者经小电阻接地，且故障相电压相位在0度附近时，会产生一个衰减较慢，数值较大的残流，若长时间运行，此残流会对系统造成不良影响。而且在故障发生瞬间，由于没有有效的释放电荷的通路，会导致非故障相以及中性点产生比较大的暂态过电压。旧的灵活接地方式无法解决上述两个问题。不过其可以为故障选线提供支持，帮助获得较明显的故障电流变化量，以便于提供排除故障的效率。

（3）对于新型的10kV中性点灵活接地方式：其主要组成为相互并联的可以灵活投切的消弧线圈，并联电阻和选线电阻，其充分发挥了消弧线圈减小故障点残流，有利于电弧熄灭，以及小电阻抑制暂态过电压，选线电阻提供选线电流的优点。新型的灵活接地方式在功能上有较大提高，其工作方式为：在系统正常运行时一直给中性点并联一个小电阻，时刻准备应对单相接地故障。故障时小电阻可以限制中性点的过电压，给电荷提供释放通路。当单相接地故障发生0.5T后，将并联电阻退出并在其退出前，且故障相电压为波峰时将消弧线圈接入，以补偿电容电流，减小残流，直至故障排除后才将消弧线圈退出。以此可以同时实现限制故障暂态过电压，抑制故障点残流，实现感性电流补偿的功能。若判断为永久性接地故障，则在故障发生3s后投入选线电阻，增大故障相电流，实现故障选线的目的。

仿真结果显示，相比较其它的接地方式，新型中性点接地方式在抑制暂态过电压，抑制故障点残流和故障选线方面具有明显优势。

参考文献：

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