10kV配电网新型中性点接地方式

丁子琪

10kV配电网新型中性点接地方式

丁子琪

电力系统中性点的接地方式一直是一个涉及技术、科学、经济等多方面因素的重要综合性课题。除了几种大众所熟知的传统中性点接地方式以外，论述了一种新型中性点接地方式，该方式在使用消弧线圈降低故障电流的基础上，降低了接地时刻的瞬态过电压，并且提高了故障选线的准确度。在10kV配电网中，兼顾了几种传统接地方式的优点，是一种理想的新型中性点接地运行方式。从近几年我国配电网发展的结果来看，为了敏锐的反映用户在安全、优质、经济等方面的需求，目前我国普遍采用10kV电压等级向用户供电。本文将在介绍几种传统接地方式之外，对新型中性点接地方式进一步的分析研究、仿真模拟。

传统中性点接地方式的比较

小电阻接地及谐振接地的优异性。中性点经小电阻接地方式，其优点主要如下：①有利于限制过电压水平，对设备绝缘等级要求低，对设备安全有利；②单相接地时，由于故障电流较大，零序电流保护灵敏度高，易于快速检出并隔离接地线路，防止事故扩大。同时存在一些缺点：①接地故障电流较大，如果零序电流保护不及时动作，很容易导致相间短路故障；②较大的短路电流会产生严重的电磁效应，对附近的通讯线路干扰较大；③较大的短路电流会在故障点产生大量电离气体，建立持续的电弧，这导致线路发生可恢复的瞬时性接地故障时容易跳闸，线路跳闸率较高。

中性点经消弧线圈接地方式亦称为谐振接地，具有以下优点：①发生单相接地故时消弧线圈产生的感性电流补偿电网产生的容性电流，可以使故障点电流接近于零，增强了供电可靠性；②故障电流小，可以有效阻止瞬时性接地向永久性接地故障的演变；此外，中性点经消弧线圈接地系统还具有人身设备安全性好、电磁兼容性强和运行维护工作量小等一系列优点。但也存在一定的缺点：①对补偿要求比较苛刻，运行要求比较严格; ②为适应不断增长的电容电流的要求，要求不断增加消弧线圈数量以增加其补偿容量，很不经济;⑤发生单相接地故障时，健全相电压升高，容易引起绝缘损坏。

对传统接地方式取优去劣的途径。收集某地10kV配电网在2014年度的接地故障情况与连接在10kV系统上的消弧线圈动作情况发现：在发生单相接地短路时，由于消弧线圈没有完全有效抑制线路产生的瞬态过电压，导致配电网绝缘薄弱处发生了闪络或击穿，从而使系统发生相间短路的概率升高。

为了解决实际运用中消弧线圈出现的问题， 在中性点经消弧线圈接地的基础上，并联一个中值电阻抑制过电压，经过分析研究证明，这是一种综合小电阻接地及传统中性点经消弧线圈接地方式的优秀新型中性点接地方式。

新型中性点接地方式的概述

由于传统接地方式不能避免的有故障选线困难、电容电流过大、容易产生过电压等弊端。随着社会的发展，各行各业对供电质量的要求越来越高，对中性点接地方式的选择愈加成为了一个经济与技术性兼顾的综合类课题。一种便于故障选线以及抑制过电压产生的新型的中性点接地方式，区域仿真模型如下图。

如图1所示，K、K2均为开关，r为10～100Ω的可调选线电阻，L为消弧线圈，R1为小电阻，为使其起到抑制过电压的效果并避免故障点流过的电流过大，阻值设置在15Ω左右；R2为大电阻，为使消弧线圈起到完全灭弧的作用并在一定程度上避免中性点飘逸，阻值设置在1200Ω左右。K2设置在故障发生后的0.025s后断开，因此在故障暂态的仿真结果中，会有两次不同时间点的波形变化。

当系统正常运行时，中性点的位移电压为：

式中，v为消弧线圈的脱谐度；U00为电网三相电压不平衡在中性点产生的不对称电压，d为网络的阻尼率，在中性点新型接地系统中，

d=d0+dR+dL

图1 新型中性点接地方式

图4零序电压波形图

图2三相电流波形图

图3三相电压波形图

图6三相电流波形图

图7零序电压波形图

图5 三相电压波形图

系统在发生单相接地故障时，延后2.5ms开关K2断开，此时R0=R1+R2=1215Ω，此时d值很小。而故障相恢复电压的初速度为：式中Uphm为相电压幅值。故障相恢复电压的时间τ为

即较小的阻尼率d可以降低故障相电压恢复初速度，延长电压恢复时间，降低发生间歇性电弧接地的概率。而且适当大小的阻尼率在一定程度上可以防止中性点位移电压过高。

新型中性点接地方式的故障仿真分析

设置架空线路在距离母线7km处，过渡电阻为2Ω时，发生C相单相接地故障。故障发生的时间区域0.095s～0.11s之间，观察并分析仿真得到的三相电流、三相电压与零序电压第一次发生波动的波形。如图2、图3以及图4所示：

在C线路单相故障发生时，波形初次变化。故障电流在发生一个小故障角的短暂暂态过程后，如图2所示的三相电流仿真波形可见，在故障点流过的故障电流幅值达到了1.5kA以上，同时，A、B两相非故障相电流在故障发生前后幅值几乎没有变化，但周期有明显增长。

如图3所示的三相电压仿真波形可见，当C相单相接地故障发生后，故障相电压产生了一个小的故障角，在经历短暂波动后，幅值明显减小，降低至15kV左右，A、B两相健全相电压有所升高，但也不完全相同。

系统正常运行时，中性点不发生偏移，零序电压基本为零。如图4所示的中性点位移电压仿真波形所示，在C相单相接地故障发生后，在线路故障处产生了零序电压，幅值在25kV左右。

在故障发生后的0.025s时，开关K2断开，此时线路接入阻值为1200Ω的大电阻R2，三相电流、三相电压与零序电压的波形第二次变化的仿真图分别如图5、图6以及图7所示。

当系统投入使用这种新型接地方式，如图5所示的三相电流仿真波形，发生了C线路单相接地故障且开关K2断开后，观察并分析波形发生第二次变化。故障电流在发生一个小故障角的短暂暂态过程后，幅值明显减小了很多，但较故障前相比依然显得略大一些，而A、B两相健全相电流在在开关K2闭合前后的故障过程中，幅值和大小均不发生改变。

如图6所示的三相电压仿真波形可见，当开关K2断开后，即在开关闭合后的0.025s时，波形发生第二次变化。此时，故障相电压产生了一个小的故障角，在产生短暂波动后，幅值进一步减小，几乎降为零左右，而A、B两相健全相电压幅值基本相同。

系统正常运行时，中性点不发生偏移，零序电压基本为零。如图7在C相单相接地故障发生且K2断开后后，线路故障处的零序电压较K2断开之前再次升高，幅值约为30kV左右。

新型中性点接地方式发展前景及结论

伴随着我国电力系统迅速发展扩张，如何选择合适的中性点接地方式，是一个牵扯到经济、科学技术、安全等各项因素影响的综合性问题。人们所熟知的几十年来传统的几种接地方式以外，有许多学者也致力于新型接地方式的研究探讨，希望在现实设备电网电力改造规模不过大，经济成本允许的情况下，探索更合理的接地方式，上述新型接地方式是一种便于故障选线以及抑制过电压产生的新型的中性点接地方式，更合理合适、有效规避了传统接线方式容易出现的弊端。

（作者单位：大唐宝鸡热电厂）