10kV配電網(wǎng)新型中性點(diǎn)接地方式

1、10kV 配電網(wǎng)新型中性點(diǎn)接地方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式一直是一個(gè)涉及技術(shù)、科 學(xué)、經(jīng)濟(jì)等多方面因素的重要綜合性課題。除了幾種大眾所 熟知的傳統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式以外，論述了一種新型中性點(diǎn)接 地方式，該方式在使用消弧線圈降低故障電流的基礎(chǔ)上，降 低了接地時(shí)刻的瞬態(tài)過(guò)電壓，并且提高了故障選線的準(zhǔn)確 度。在 10kV 配電網(wǎng)中，兼顧了幾種傳統(tǒng)接地方式的優(yōu)點(diǎn)， 是一種理想的新型中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式。從近幾年我國(guó)配電 網(wǎng)發(fā)展的結(jié)果來(lái)看，為了敏銳的反映用戶在安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng) 濟(jì)等方面的需求，目前我國(guó)普遍采用 10kV 電壓等級(jí)向用戶 供電。本文將在介紹幾種傳統(tǒng)接地方式之外，對(duì)新型中性點(diǎn) 接地方式進(jìn)一步的分析研

2、究、仿真模擬。傳統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的比較 小電阻接地及諧振接地的優(yōu)異性。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地 方式，其優(yōu)點(diǎn)主要如下：有利于限制過(guò)電壓水平，對(duì)設(shè)備 絕緣等級(jí)要求低，對(duì)設(shè)備安全有利；單相接地時(shí)，由于故 障電流較大，零序電流保護(hù)靈敏度高，易于快速檢出并隔離 接地線路，防止事故擴(kuò)大。同時(shí)存在一些缺點(diǎn)：接地故障 電流較大，如果零序電流保護(hù)不及時(shí)動(dòng)作，很容易導(dǎo)致相間 短路故障；較大的短路電流會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁效應(yīng)，對(duì)附 近的通訊線路干擾較大；較大的短路電流會(huì)在故障點(diǎn)產(chǎn)生 大量電離氣體，建立持續(xù)的電弧，這導(dǎo)致線路發(fā)生可恢復(fù)的 瞬時(shí)性接地故障時(shí)容易跳閘，線路跳閘率較高。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式亦稱為諧振接地，具有以

3、下優(yōu)點(diǎn)：發(fā)生單相接地故時(shí)消弧線圈產(chǎn)生的感性電流補(bǔ)償電 網(wǎng)產(chǎn)生的容性電流，可以使故障點(diǎn)電流接近于零，增強(qiáng)了供 電可靠性；故障電流小，可以有效阻止瞬時(shí)性接地向永久 性接地故障的演變；此外，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)還具 有人身設(shè)備安全性好、電磁兼容性強(qiáng)和運(yùn)行維護(hù)工作量小等 一系列優(yōu)點(diǎn)。 但也存在一定的缺點(diǎn)： 對(duì)補(bǔ)償要求比較苛刻， 運(yùn)行要求比較嚴(yán)格；為適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的電容電流的要求， 要求不斷增加消弧線圈數(shù)量以增加其補(bǔ)償容量，很不經(jīng)濟(jì)：發(fā)生單相接地故障時(shí)，健全相電壓升高，容易引起絕緣損 壞。對(duì)傳統(tǒng)接地方式取優(yōu)去劣的途徑。收集某地 10kV 配電 網(wǎng)在 2014年度的接地故障情況與連接在 10kV 系統(tǒng)上

4、的消弧 線圈動(dòng)作情況發(fā)現(xiàn)：在發(fā)生單相接地短路時(shí)，由于消弧線圈 沒(méi)有完全有效抑制線路產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓，導(dǎo)致配電網(wǎng)絕緣 薄弱處發(fā)生了閃絡(luò)或擊穿，從而使系統(tǒng)發(fā)生相間短路的概率 升高。為了解決實(shí)際運(yùn)用中消弧線圈出現(xiàn)的問(wèn)題，在中性點(diǎn)經(jīng) 消弧線圈接地的基礎(chǔ)上，并聯(lián)一個(gè)中值電阻抑制過(guò)電壓，經(jīng) 過(guò)分析研究證明，這是一種綜合小電阻接地及傳統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng) 消弧線圈接地方式的優(yōu)秀新型中性點(diǎn)接地方式。新型中性點(diǎn)接地方式的概述 由于傳統(tǒng)接地方式不能避免的有故障選線困難、電容電 流過(guò)大、容易產(chǎn)生過(guò)電壓等弊端。隨著社會(huì)的發(fā)展，各行各 業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)中性點(diǎn)接地方式的選擇愈 加成為了一個(gè)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)性兼顧的綜合類課題

5、。一種便于故 障選線以及抑制過(guò)電壓產(chǎn)生的新型的中性點(diǎn)接地方式，區(qū)域 仿真模型如下圖。如圖1所示，K、K2均為開(kāi)關(guān)，r為10-100的可調(diào)選線 電阻， L 為消弧線圈， R1 為小電阻，為使其起到抑制過(guò)電壓 的效果并避免故障點(diǎn)流過(guò)的電流過(guò)大，阻值設(shè)置在 15 左右； R2 為大電阻，為使消弧線圈起到完全滅弧的作用并在一定程 度上避免中性點(diǎn)飄逸，阻值設(shè)置在 1200 左右。 K2 設(shè)置在故 障發(fā)生后的 0.025s 后斷開(kāi)，因此在故障暫態(tài)的仿真結(jié)果中， 會(huì)有兩次不同時(shí)間點(diǎn)的波形變化。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)的位移電壓為：式中， v 為消弧線圈的脫諧度； Uoo 為電網(wǎng)三相電壓不 平衡在中性點(diǎn)產(chǎn)生的

6、不對(duì)稱電壓， d 為網(wǎng)絡(luò)的阻尼率，在中 性點(diǎn)新型接地系統(tǒng)中，系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，延后即較小的阻尼率 d 可以降低故障相電壓恢復(fù)初速度，延長(zhǎng)電壓恢復(fù)時(shí)間，降低發(fā)生間歇性電弧接地的概率。而且適當(dāng)大小的阻尼率在一定程度上可以防止中性點(diǎn)位移電壓過(guò)新型中性點(diǎn)接地方式的故障仿真分析 設(shè)置架空線路在距離母線 7km 處，過(guò)渡電阻為 2D ，時(shí)， 發(fā)生c相單相接地故障。故障發(fā)生的時(shí)間區(qū)域0.095s0.11s之間，觀察并分析仿真得到的三相電流、三相電壓與零序電 壓第一次發(fā)生波動(dòng)的波形。如圖2、圖 3以及圖 4 所示：在 c 線路單相故障發(fā)生時(shí)，波形初次變化。故障電流在 發(fā)生一個(gè)小故障角的短暫暫態(tài)過(guò)程后，

7、如圖 2 所示的三相電 流仿真波形可見(jiàn)，在故障點(diǎn)流過(guò)的故障電流幅值達(dá)到了 1.5kA 以上，同時(shí)， A 、B 兩相非故障相電流在故障發(fā)生前后 幅值幾乎沒(méi)有變化，但周期有明顯增長(zhǎng)。如圖 3 所示的三相電壓仿真波形可見(jiàn)，當(dāng) c 相單相接地 故障發(fā)生后，故障相電壓產(chǎn)生了一個(gè)小的故障角，在經(jīng)歷短 暫波動(dòng)后，幅值明顯減小，降低至 15kV 左右， A、B 兩相健 全相電壓有所升高，但也不完全相同。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)不發(fā)生偏移，零序電壓基本為零。如圖4所示的中性點(diǎn)位移電壓仿真波形所示，在c相單相接地故障發(fā)生后，在線路故障處產(chǎn)生了零序電壓，幅值在 25kV 左右。在故障發(fā)生后的 0.025s 時(shí)，開(kāi)關(guān)

8、K2 斷開(kāi)，此時(shí)線路接入阻值為1200的大電阻R2，三相電流、三相電壓與零序電 壓的波形第二次變化的仿真圖分別如圖5、圖 6 以及圖 7 所示。當(dāng)系統(tǒng)投入使用這種新型接地方式，如圖 5 所示的三相 電流仿真波形，發(fā)生了 c 線路單相接地故障且開(kāi)關(guān) K2 斷開(kāi) 后，觀察并分析波形發(fā)生第二次變化。故障電流在發(fā)生一個(gè) 小故障角的短暫暫態(tài)過(guò)程后，幅值明顯減小了很多，但較故 障前相比依然顯得略大一些，而A、 B 兩相健全相電流在在開(kāi)關(guān) K2 閉合前后的故障過(guò)程中， 幅值和大小均不發(fā)生改變。如圖 6 所示的三相電壓仿真波形可見(jiàn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)K2 斷開(kāi)后，即在開(kāi)關(guān)閉合后的 0.025s 時(shí)，波形發(fā)生第二次變化。此 時(shí)，故障相電壓產(chǎn)生了一個(gè)小的故障角， 在產(chǎn)生短暫波動(dòng)后， 幅值進(jìn)一步減小，幾乎降為零左右，而 A、 B 兩相健全相電 壓幅值基本相同。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)不發(fā)生偏移，零序電壓基本為零。如圖7在c相單相接地故障？1生且K2斷開(kāi)后后，線路 故障處的零序電壓較 K2 斷開(kāi)之前再次升高， 幅值約為 30kV 左右。新型中性點(diǎn)接地方式發(fā)展前景及結(jié)論 伴隨著我國(guó)電力系統(tǒng)迅速發(fā)展擴(kuò)張，如何選擇合適的中 性點(diǎn)接地方式，是一個(gè)牽扯到經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、安全等各項(xiàng) 因素影響的綜合性問(wèn)題。人們所熟知的幾十年來(lái)傳統(tǒng)的幾種 接地方式以外，有許多學(xué)