含DG 的配网系统中性点接地方式设计研究

王 卓

（国网勉县供电公司，陕西 汉中 723000）

0 引 言

供电安全是电力系统在设计过程中必须重点考虑的因素之一。在电力系统中，配电系统属于其重要组成部分，能够直接影响供电性能，进而对用户的用电体验造成一定影响。分布式电源（Distributed Generation，DG）指发电容量较小、与配网系统连接，且分散在用电负荷周围的一种发电形式，具有成本低、损耗小、可再生、节约用电及帮助配网系统削峰填谷等重要优势[1]。因此，文章对含DG 的配网系统中性点接地方式设计策略进行深入研究。

1 含DG 的配网系统中性点接地方式设计

在实践中，配网系统的不同接地方式存在不同的缺点与优势，DG 的并入会在一定程度上提升配网系统的工作复杂性，中性点接地需要综合考虑不同接地方式的优势与劣势、DG 接地方式与配网系统的冲突情况等。在此基础上，才能开展中性点接地方式的设计分析[2]。优化策略如图1 所示。

图1 含DG 的配网系统中性点接地优化方案

从理论角度看，配网系统运行状态通常可以分成正常运行状态、单相接地故障2 种基本情况。一是配网系统正常运行，即一般情况，此时中性点不接地，图1 中3 个开关表现为Q1闭合、Q2断开、Q3断开，整个DG 处于并网运行状态，P 点闭合，同时并网变压器中性点不接地，即P1闭合[3]。二是单相接地故障，有效值小于10 A。此时，故障点电流可自行熄灭，配网系统中性点不接地、DG 保持并网，并网变压器中性点不接地，对于系统侧的接地方式不会产生消极影响。三是单相接地故障，有效值大于10 A。此时，故障点电流无法自行熄灭，接地系统灭弧，3 个开关表现为Q1断开、Q2闭合、Q3断开，中性点经销弧线圈接地。在该场景中，DG 会保持正常运行，并网变压器中性点不接地[4]。

2 中性点接地方案仿真建模

2.1 故障点采集模块

故障点采集模块的仿真建模思路是将电流有效值作为故障判定指标，当该数值大于阈值时，即判定系统存在故障。在仿真过程中，该系统仿真包括有效值计算、故障通告功能等[5]。实际运行过程中，当故障电流大于阈值时，为避免误动作，需要计算电流超阈值持续时间，如果超出50 ms，则会触发故障通告模块，提示技术人员该模块出现故障。

2.2 中性点接地模块

中性点接地模块是本次研究的核心模块，主要由接地预处理模块、接地回路模块组成。

接地预处理模块的仿真包括定时功能、故障区间识别功能以及接地控制信号功能等。在实际运行过程中，需要综合考虑故障存在标志、电流、区间接地方式以及接地回路的选择等内容，并生成控制信号辅助完成接地回路的接入工作[6]。接地回路模块的仿真主要包括多路控制开关、接地回路。在实践中，该模块主要包括3 种节点回路，即不接地、消弧线圈、小电阻。

2.3 故障模拟模块

故障模拟模块主要涵盖2 种故障类型，即短路故障和消弧线圈故障，通过模拟实际工作场景完成故障设计。其中，短路故障拟定为持续3 s 的单相对地短路故障，消弧线圈故障主要是为了模拟发生故障阶段本应接入消弧线圈时的故障情况。

在上述工作背景下，对本次中性点接地优化方案的工作情况和效果进行判定，即判定故障后的动作能否保证系统运行达到预期水平，实时控制、故障模拟由MATLAB Function 辅助完成[7]。

2.4 DG 与接地回路模块

DG 与接地回路模块主要包括DG 模块、DG 并网开关、DG 接地回路。其中，DG 模块受限于控制逻辑，当中性点为小电阻且持续一段时间后，即可断开并网状态。同时，DG 存在不接地、小电阻接地2 种基本接地方式，其中并网状态为不接地，独立运行为小电阻接地。

3 流程设计

流程设计共分为4 个阶段，可在3.2 s 内完成故障清除，具体流程设计如下。

第一阶段，即0 ～0.2 s，系统正常运行，接地方式为不接地。第二阶段，即0.2 ～1.2 s，系统模拟单向对地短路故障，此时接地方式为消弧线圈接地。第三阶段，即1.2 ～2.2 s，系统同样模拟单向对地短路故障，同时模拟消弧线圈故障，此时接地方式为小电阻接地并断开主回路。第四阶段，即2.2 ～3.2 s，系统重新闭合主回路断路器，同时恢复正常连接，并清除所有故障[8]。

4 仿真结果与分析

4.1 架空线路的仿真结果与分析

4.1.1 小型架空线路

为保证线路末端电压的稳定运行，需要结合现实情况拟定3 条较短的线路，即长度均为20 km、带负荷运行的架空线路。在中性点不接地状态下，发生单相接地故障时的运行情况即为本次模拟的内容。首先，稳态电流的有效值在10 A 以下，系统侧中性点不接地开关保持在闭合状态，中性点经消弧线圈接地开关处于断开状态，中性点经小电阻接地开关处于断开状态[9]。其次，消弧线圈装置并未投入使用，定时器处于休止状态，即断开，故障可自行消除，中性点经小电阻接地开关处于断开状态。DG 侧中性点接地方式保持不变，不接地开关闭合，小电阻接地开关保持在断开状态。最后，系统故障电流在10 A 以下时，故障电弧可自行熄灭。

4.1.2 大型架空线路

在实践中，如果电网存在改造、增容、扩建等情况，会导致线路容性电流增大、馈线增加。在本次研究中，拟定馈线条数为8 条，电缆线路的长度均为35 km。当系统发生单相接地故障时，接地装置的动作情况如下：一是稳态故障电流的有效值在10 A以上，系统侧中性点不接地开关由闭合转向断开状态，消弧线圈接地开关由断开转向闭合状态，中性点经小电阻接地开关继续保持断开状态。二是消弧线圈装置投入使用，在1 s 之后，判定灭弧失败，定时器由断开转向闭合状态，接地开关表现为小电阻接地，整个供电安全性显著提升。从整体角度来看，中性点复合接地方式能够在有效判断故障电流的基础上，选择合适的接地方式。根据故障情况，在0.2 s 处，系统发生单相故障，在不考虑故障电流水平的背景下，判断中性点动作装置延时0.05 s 对故障电流有效值的影响。此时故障电流在10 A 以上，无法实现故障点的电弧自动熄灭。在这一背景下，中性点装置转换小弧线圈接地，可以对故障点电流做出有效补偿。一般而言，补偿后的电流应在0 A 左右，可以实现故障点的电弧自动熄灭，有效保证分布式电源运行安全。

4.2 电缆线路的仿真结果与分析

电缆线路也是实际工作场景中的重要线路类型。与架空线路相比，电缆线路的先进性更强，容性电流相对较大，在系统发生单相接地故障后，对地电容、电流较大，导致电弧难以自行熄灭。在这一背景下，电弧存在的问题很可能导致故障点绝缘损坏，进而诱发两相、三相短路故障，影响系统的安全运行。与架空线路相比，电缆线路存在一定的特殊性，即在一般情况下，电缆线路电阻、电纳会略大于同电压等级的架空线路，电抗会略小于同电压等级的架空线路[10]。

该中性点接地优化方案不仅能够准确判断故障点电流，还能够对特定开关进行控制，切换中性点接地方式，确保DG 并网状态、离网状态均可正常运行。

5 结 论

文章以含DG 的配网系统中性点接地方式为研究对象，通过理论分析、模型建设等方式确定配电网在不同工作场景下的运行特征，并提出了相应方案。通过分析该方案在架空线路、电缆线路两种工作场景中的可行性发现，该方案能够保证系统根据故障类型进行接地方式的智能化选择，不仅能避免传统工作背景下但凡遇到故障就会选择小电阻接地，进而影响供电稳定性的问题，还能弥补消弧线圈接地由于线圈容量不足可能诱发的线路安全问题。同时，可以为分布式电源独立带负荷运行提供必要的安全保障。总之，本文研究的接地方案能够在一定程度上保证供电的安全与可靠。