變電站10kV小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行方式分析

引言

以電纜為主體的10kV城市電網(wǎng),由于電纜線路的對地電容較大,隨著線路長度的增加,單相接地電容電流也會(huì)增大?，F(xiàn)行經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)中,為補(bǔ)償越來越大的接地電容電流,消弧線圈增容改造成本逐漸增大,加上消弧線圈小電流選線困難、過電壓水平高等缺點(diǎn),為保障人身和設(shè)備安全,江門供電局城市配電網(wǎng)開始逐步推廣使用小電阻接地系統(tǒng),其相比于消弧線圈接地系統(tǒng)更加適用。

1中性點(diǎn)接地方式對比分析

1.1經(jīng)消弧線圈接地

變電站主變壓器10kV側(cè)多為三角形接線方式,當(dāng)10kV配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),由于不構(gòu)成回路,流過故障點(diǎn)的是線路對地電容形成的容性電流,每相對中性點(diǎn)電壓及相間的線電壓保持不變,整個(gè)系統(tǒng)帶故障維持運(yùn)行5h。系統(tǒng)中性點(diǎn)消弧線圈通過產(chǎn)生電感電流補(bǔ)償對地的電容電流的方式,使流經(jīng)故障點(diǎn)的電流保持在10A以下,起到消除接地點(diǎn)電弧的作用,有效提高瞬時(shí)接地故障時(shí)的供電可靠性。

消弧線圈接地方式下,連接消弧線圈各出線的零序電流互感器和電壓互感器二次側(cè)接入消弧控制器中,控制器根據(jù)中性點(diǎn)位移電壓自動(dòng)調(diào)整消弧線圈容量檔位,保證電流補(bǔ)償值合適,同時(shí)通過算法選擇出接地線路,結(jié)合電壓不平衡和零序過電流兩個(gè)啟動(dòng)判據(jù),發(fā)出對應(yīng)線路跳閘指令或信號。

但是,對于以電纜線路為主的城市配電網(wǎng),瞬時(shí)接地故障數(shù)量減少。當(dāng)系統(tǒng)電容電流>V0A時(shí),發(fā)生單相接地故障會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓,同時(shí)還有可能發(fā)生間歇性弧光過電壓和諧振過電壓,導(dǎo)致各設(shè)備受損。而單相接地持續(xù)發(fā)生時(shí),雖然消弧線圈能保持較小的故障點(diǎn)電流,但在定位故障線路方面準(zhǔn)確性不足,系統(tǒng)帶故障運(yùn)行,增加了人身和設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。其次,配電網(wǎng)電容電流的增大,也需要不斷增大消弧線圈的容量,這就增加了電網(wǎng)改造成本。

1.2經(jīng)小電阻接地

系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地,發(fā)生單相接地故障時(shí),中性點(diǎn)接地電阻與對地電容會(huì)構(gòu)成并聯(lián)回路,流經(jīng)故障線路零序電流很大,通過線路自身零序保護(hù)就能快速動(dòng)作切除故障,不存在選線問題。由于能快速隔離故障,故障線路相電壓升高的時(shí)間很短,減少了人身觸電風(fēng)險(xiǎn),絕緣要求也有所下降。小電阻接地方式中,10kV出線的零序電流互感器只需接入自身線路保護(hù),依靠線路保護(hù)自身配置的零序過流或限時(shí)速斷保護(hù)就對線路接地故障有較好的靈敏度,不用配置額外的選線控制器及連接回路。同時(shí)電阻為耗能元件,也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件,可有效消除由于各種原因引起的諧振過電壓和間歇性接地電弧過電壓。

但需要注意的是,中性點(diǎn)采用小電阻接地方式時(shí),故障點(diǎn)的接地電流十分大,故障點(diǎn)附近的跨步電壓高達(dá)幾千伏,如果保護(hù)裝置沒有快速切除故障,容易擊穿接地點(diǎn)附近設(shè)備的絕緣,引起相間故障或人身事故。同時(shí),對于瞬時(shí)性或永久性的單相接地故障,線路保護(hù)均會(huì)動(dòng)作跳閘,跳閘次數(shù)會(huì)增多,從而影響用戶的正常供電。

根據(jù)小電阻接地方式的上述特點(diǎn),小電阻接地方式更適用于以電纜為主,瞬時(shí)接地故障少,單相接地故障電容電流大的城市配電網(wǎng)。當(dāng)線路條數(shù)的電纜化率>80%,或線路長度的電纜化率>80%時(shí),中性點(diǎn)宜采用小電阻接地方式。

2小電阻接地系統(tǒng)配置

2.1接地小電阻阻值

接地電阻值的選擇需要從限制過電壓、繼電保護(hù)靈敏度、通信設(shè)備抗干擾能力和人身安全等方面考慮。電阻值過大,單相接地時(shí)接地電流變小,繼電保護(hù)的靈敏度會(huì)受到影響:而電阻值過小,故障點(diǎn)電流過大,容易損傷故障點(diǎn)設(shè)備以及危及人身安全。從運(yùn)行安全的角度,根據(jù)通用技術(shù)規(guī)范及設(shè)備熱穩(wěn)定要求,10kV配電網(wǎng)出線單相接地最大故障電流需控制在600A以內(nèi),對應(yīng)的接地電阻值如下:

式中,Rn為中性點(diǎn)電阻（Q):U為系統(tǒng)額定電壓（k):Ir為單相接地故障電流（A)。

結(jié)合江門供電局實(shí)際運(yùn)行情況,中性點(diǎn)經(jīng)10Q小電阻接地時(shí),單相接地故障產(chǎn)生的跨步電壓和接觸電壓滿足安全運(yùn)行要求。

2.2小電阻接地系統(tǒng)保護(hù)配置

要實(shí)現(xiàn)小電阻接地系統(tǒng)快速切除單相接地故障的特性,需配置每條出線的零序保護(hù)及接地變的零序保護(hù)。出線的零序保護(hù)作為本線路的單相接地故障保護(hù),其動(dòng)作電流按躲過線路的單相接地電容電流進(jìn)行整定:

式中,Idz1為保護(hù)動(dòng)作電流（A):K_k為靈敏系數(shù):Ic1為線路單相接地電容電流（A)。

而接地變的零序保護(hù),作為主變低壓側(cè)和母線范圍的單相接地故障主保護(hù)以及出線單相接地故障的后備保護(hù),設(shè)置了兩個(gè)定時(shí)限,第一時(shí)限跳開10kV母聯(lián)開關(guān),同時(shí)閉鎖10kV母聯(lián)開關(guān)備自投,第二時(shí)限跳開主變低壓側(cè)開關(guān),將故障點(diǎn)隔離。同時(shí),10kV母聯(lián)開關(guān)通常缺少單獨(dú)的充電保護(hù),此保護(hù)也可以作為空充母線過程中或10kV母聯(lián)備自投動(dòng)作時(shí)單相接地故障的主保護(hù)。保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過各條出線中單相接地電容電流最大值來整定:

式中,Icmax為系統(tǒng)中出線單相接地電容電流最大值(A）。

3小電阻接地系統(tǒng)操作注意事項(xiàng)

3.1小電阻接地系統(tǒng)操作要求

根據(jù)《廣東電網(wǎng)主網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行操作管理實(shí)施細(xì)則》要求:小電阻接地系統(tǒng)原則上不允許不帶接地裝置和無接地保護(hù)運(yùn)行,正常情況下,接地裝置和主變壓器須對應(yīng)運(yùn)行,在轉(zhuǎn)電倒閘操作過程中,允許兩臺(tái)接地裝置短時(shí)并列運(yùn)行。不允許兩臺(tái)或多臺(tái)小電阻接地裝置長時(shí)間并列運(yùn)行是由于發(fā)生故障時(shí),不同接地故障點(diǎn)流經(jīng)各接地變的零序電流并不相同,可能導(dǎo)致接地變保護(hù)無法正確切除故障,對電氣設(shè)備造成危害。同時(shí),當(dāng)兩段或以上不同接地系統(tǒng)的10kV母線并列操作時(shí),應(yīng)只保留其中一套接地裝置運(yùn)行,退出其他接地裝置,并列母線共用相同的接地裝置。

特別要注意的是,有多臺(tái)主變的接線方式下,如圖1所示,#2主變低壓側(cè)兩個(gè)分支往往只連接一個(gè)小電阻接地裝置。在倒閘操作中,如果要求單停其中一個(gè)分支552開關(guān),同時(shí)不改變其他運(yùn)行方式,則會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)分支552開關(guān)帶10kV2M母線運(yùn)行,而10kV2M母線不帶接地裝置運(yùn)行的方式,所以建議不能單停556分支開關(guān),需結(jié)合實(shí)際保留各段母線帶一套接地裝置的運(yùn)行方式。

3.2單相接地故障處理

小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障,接地變零序保護(hù)動(dòng)作跳開變低開關(guān)和10kV母聯(lián)開關(guān),而所有出線開關(guān)無跳閘時(shí),應(yīng)先隔離故障后再恢復(fù)正常供電,注意檢查所有出線零序保護(hù)的動(dòng)作情況及母線一次設(shè)備情況。如發(fā)現(xiàn)有出線的零序保護(hù)動(dòng)作,而出線開關(guān)拒動(dòng),應(yīng)隔離故障出線,恢復(fù)其他設(shè)備供電。

如所有出線零序保護(hù)均無動(dòng)作,應(yīng)檢查該母線的一次設(shè)備及接地變零序保護(hù)。如無異常,則用短接零序保護(hù)的辦法,檢測該母線上所有出線及附屬設(shè)備的零序保護(hù)是否正常動(dòng)作:如發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)隔離故障設(shè)備,恢復(fù)其他設(shè)備供電。經(jīng)以上檢查均未發(fā)現(xiàn)異常時(shí),可合上變低開關(guān),對出線逐條試送。

3.3小電阻與10kV備自投的配合

在正常接線方式下,當(dāng)有故障跳開主變變低開關(guān),10kV母聯(lián)備自投動(dòng)作合上10kV母聯(lián)開關(guān)時(shí),兩段并列母線有兩臺(tái)接地裝置并列運(yùn)行,需及時(shí)斷開另一套小電阻接地裝置。現(xiàn)在出現(xiàn)這一情況時(shí)由調(diào)控員對小電阻接地裝置進(jìn)行遙控操作,操作時(shí)效難以保證。將小電阻接地變開關(guān)接入10kV備自投聯(lián)跳回路,在備自投成功合上母聯(lián)開關(guān)后,結(jié)合母聯(lián)開關(guān)及各小電阻接地變開關(guān)位置,經(jīng)一定時(shí)限自動(dòng)跳開相應(yīng)小電阻接地變開關(guān),可提高故障處置效率。以圖1接線方式為例,當(dāng)10kV5M失壓備自投動(dòng)作后,聯(lián)跳小電阻接地變53Z開關(guān)邏輯圖如圖2所示。

4結(jié)語

綜上所述,相比于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式更適用于電纜線路多的城區(qū)配網(wǎng)系統(tǒng)。同時(shí),本文對小電阻接地系統(tǒng)的運(yùn)行配置和操作注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析,提出了增加備自投聯(lián)跳邏輯的建議,可以提高故障處置效率。