城区10kV配网中性点小电阻接地技术运用研究

黄先敏

（国网福建省电力有限公司屏南县供电公司）

0 引言

城区10 kⅤ配网中性点小电阻接地技术的实施，能够有效地减少故障时间， 并在此基础上合理地提高供电的稳定性， 通过对运行经验的总结， 有效地推动了对接地形式的合理优化。基于当前电力系统的分析， 其包括中性点直接接地方式、 中性点不直接接线方式这两种。110kⅤ以上一般应用中性点直接接地， 同时因直接接地系统短路电流较大， 所以继电保护往往能够很快地发现并隔离故障。相比之下， 城区中的10kⅤ-66kⅤ配电网主要采用的是不直接接地形式， 包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地 （谐振接地） 等几种形式， 城区一般会选择电缆敷设的方法， 10kⅤ配电系统多为不接地系统。基于以上分析， 在城区10kⅤ配网中性点接地的施工中， 难免会面临一些故障， 如电缆参数误差、 单相接地故障控制不够等。为此， 针对现存问题建议采用10kⅤ配网中性点小电阻接地技术， 本文也以此技术的应用为对象展开分析。

1 城区10kV 配网中性点小电阻接地技术价值

（1） 10kⅤ中性点小电阻接地具有调节电压的作用。配电网接地电容电流一般有5 次谐波电流， 其占比在5%～15%之间， 消弧线圈处于电网50Hz 条件下运行， 5%～15%接地点谐波电流值必然会受其干扰[1］。如果无法达到此数值， 便不能正常运转。采用小电阻接地方法， 可保证谐波电流值数值不发生变化， 加强电力系统输出设备运行的稳定性。

（2） 10kⅤ中性点小电阻接地可以全面排除安全风险。10kⅤ配电网的接地电流量一旦增加， 将会降低电压稳定性， 或是在出现短路一类的线路故障之后， 小电阻系统自动运行保护程序， 马上将故障线路切断， 消除因单相接地造成的危险， 帮助工作人员将线路故障快速排除， 并以最快的速度恢复正常供电。

（3） 10kⅤ中性点小电阻接地使供电更加稳定。我国采用的电缆材质以铜芯、 铝芯为主， 在电缆线路接地的情况下， 接地残流相对较大， 而且电弧很难自己熄灭。因此电缆配电网单相接地故障的解决， 在实践中其实面临一些难度。分析中性点经消弧线圈接地系统， 可以确定的是其实是一种小电流接地系统， 那么一旦发生单相接地永久性故障， 很难快速确定接地故障点的所在位置。在此情况下单相接地故障点相应线路检测， 多应用试拉接地的方法。工作人员在试拉时， 若不能快速检测出故障对应路线， 那么故障电弧将很难自己熄灭， 还有可能扩大成为相间短路。但采用小电阻接地技术， 便可以快速地将故障线路切除， 使供电更加可靠。

2 城区10kV 配网中性点小电阻接地技术应用现状

2.1 系统组成

城区中的10kⅤ配网中性点小电阻接地技术系统内部结构相对复杂， 通常是由接地变和小电阻等构成。因为主变10kⅤ侧是三角接线， 所以一般可以应用接地变提供系统中性点的方式。中性点小电阻接地技术在应用中， 选择接地变压器容量必须要与中性点电阻选择相契合， 以免激磁电流超出标准值[2］。此技术面对零序电流时， 往往表现出低阻抗、 漏抗性等优势， 这也使该技术系统的组成更具有效性与可靠性。

2.2 需解决的问题

10kⅤ配网中性点小电阻接地技术在城区中应用， 尽管技术本身存在很多优势， 而且系统组成也相对合理， 然而技术在应用中过程中依然面临一些问题。如间歇性接地故障， 可能导致系统过电压，最终导致电气设备被烧毁。再如10kⅤ配网中性点小电阻接地技术在应用中， 长期受到接地电弧的影响， 很大可能性会使设备破损， 并且会威胁到系统的正常运行。

2.3 仿真计算与分析

2.3.1 中性点经消弧线圈串小电阻接地故障仿真

全新的接地方法和中性点经消弧线圈串电阻接地方法， 其对于接地时刻瞬态过电压存在一定的抑制效果， 为了对比以上两种方法的抑制作用， 采用ATP-EMTP 程序对城区中的中性点经消弧线圈串小电阻接地方法展开仿真计算分析。如图1 所示， 图中U、 Ⅴ、 W 和QF 依次代表的是线路等效电阻、 电抗， N 是消弧线圈电感。

图1 中性点经消弧线圈串小电阻接地图

通过故障仿真分析， 当故障相电压幅值达到最大， 将会产生单相接地现象， 在此时形成瞬态过电压， 并同时达到最大。那么仿真时A 相电压相位是-90°，t=0.02 s， 所以选择一条线——缆混合馈线末端接地， 将故障点过渡电阻设定为0.5Ω。观察消弧线圈小电阻在0.022s 时， 可能发生短路， 假定0.06s之后不再发生接地故障， 而且电阻开关位于0.062s时也会断开， 那么在此情况下的中性点恢复常规运行方法， 随即可得出仿真结果。

2.3.2 中性点新型接地方式下单相接地故障仿真

t= 0.02s， 位于同一馈线末端， 工作人员在仿真中设定单相接地故障， 过渡电阻不变。待到0.025s时， 可以切断K1， 中性点经消弧线圈以并联的形式连接大电阻接地。加入2 个工频周期可以全部消除接地故障， 待到0.065s 时K1 则闭合， 随即中性点便恢复到常规运行模式。

根据仿真分析， 中性点采用新接地方法， 系统会有单相接地现象发生， 中性点瞬态过电压在11.47kⅤ、 标幺值1.4的情况下， 母线瞬态过电压可达到最大， 此时的参数为15.87kⅤ， 标幺值1.94。如果故障点冲击电流幅值为3903A 时， 中性点处于单相接地的情况下， 会有冲击电流经过， 其幅值是1150A。将该方法和中性点经消弧线圈串电阻接地进行仿真分析相对比， 中性点、 母线瞬态过电压幅值依次下降。如果接地故障点不在同一位置， 那么其形成的瞬态过电压、 冲击电流也有区别。根据表1 数据， 两种不同的接地形式， 在各部位发生单相接地故障， 那么相应位置将会产生过电压与故障点冲击电流。

表1 不同故障点情况下的谐振接地与新型接地过电压与过电流

除此之外， 根据表1 数据， 不考虑单相接地故障实际发生部位， 那么中性点新型接地位于不同部位时产生的瞬态过电压， 与中性点经消弧线圈串电阻运行产生数值相比， 前者会有所减小[3］。如果故障点位于长架空线末端， 那么瞬态过电压降幅将达到最大。

综上， 对比两种方法， 处于正常运行状态时， 中性点经消弧线圈并联小电阻接地发生虚幻接地的概率小。线路出现瞬时性单相接地， 中性点转变为经消弧线圈并联高电阻接地， 会使系统阻尼率下降， 凭借消弧线圈灭弧性， 为控制中性点位移电压提供保证， 在故障完全消失之后中性点也会恢复常规运转。

3 城区10kV配网中性点小电阻接地技术应用要点与建议

3.1 调整电压

10kⅤ配网中性点小电阻接地系统在运行中， 其过电压水平主要受到IR（即单相接地故障条件下流过中性点电阻额定电流） 影响。即IR增加， 过高压降低。如果IR＞4ⅠC， 降低过电压的效能不是非常明显，而且经济投资也增加。这就可以立足于降低系统内的过电压水平的角度， 并且需要在两段母线并列运转条件下同用1 台中性点电阻器， 确定IR≈K× 2 × 2IC，其中各段母线电容电流以50A 为准，K是系统今后裕度系数， 取值范围是1～1.5。

3.2 增强继电灵敏性

若中性点小电阻接地过度电阻， 那么继电灵敏度将会下降。那么立足于保护继电灵敏度的视角。电阻值增加的情况下， 流经电阻电流反而降低， 相应的继电输入量也会得到优化。所以， 根据常规电力规定，单相接地故障电流远远超过一条线路对地电容电流，而且能够与零序保护灵敏性相符。所以， 设计阶段务必要对此加以分析， 优先选择大电阻电流。

3.3 改善接地选线

10kⅤ配网中性点小电阻接地需要做好接地选线工作， 在此期间工作人员利用流过接地点的电流启动线路零序保护， 可以将故障线路及时切断， 提高故障排查效率。此外， 工作人员在接地选线期间， 为了对该功能予以优化， 需要最大程度的避免单相接地导致人身触电与相间短路一类的事故， 保证供电可靠性的同时， 还可以避免配电网单相接地故障的发生。

3.4 确定中性点电阻

城区中的10kⅤ配网中性点小电阻接地， 该技术在应用中必须选择合适的中性点电阻。工作人员确定中性点电阻时， 建议对大用户接入这一情况予以考虑， 若有大用户接入， 那么需要提高其电容电流量。对于中性点电阻的选择， 建议使用小电流接地选线装置， 或者是保护装置内工频量零序电流， 达到增加选线灵敏性的目的。对于单相接地故障转变为相间、 三相故障的现象， 建议工作人员对厂站运行中存在的影响因素加以统筹分析， 大力推广中性点经小电阻接地技术。

4 结束语

综上所述， 10kⅤ配网中性点小电阻接地技术在城区中的应用， 一方面可以增强灵敏度， 另一方面也能够保证城区配网可靠性， 充分发挥该技术优势， 提高配网接地操作水平， 从而为今后配网接地提供支持， 为开发更多先进技术作为支持。