10kV線路單相接地故障隔離方法探討

【摘 要】單相接地故障常見于10kV電網(wǎng)線路，為減少接地故障發(fā)生率，提高配電網(wǎng)供電能力，本文提出了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式，詳細(xì)闡述了該方法原理及相關(guān)隔離策略，有效的隔離電網(wǎng)線路故障，從而更好地消除接地故障。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)線路；接地故障；數(shù)值分析；隔離策略

在10 kV配電線路運(yùn)行中，經(jīng)常容易發(fā)生單相接地故障，，線路發(fā)生單相接地故障后，故障電流極小，故障特征不明顯，故障定位困難，所以給電網(wǎng)故障檢修工作帶來一定難度。為此本文提出了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式，該方法既發(fā)揮消弧線圈補(bǔ)償電容電流、提高單相接地故障自恢復(fù)概率的作用，而且利用并聯(lián)電阻抑制過電壓和實(shí)現(xiàn)單相接地故障選線，大大提高了電網(wǎng)故障檢測(cè)力度，從而能更快解決故障問題。

1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式

1.1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式的提出

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式汲取經(jīng)消弧線圈接地方式的優(yōu)點(diǎn)，即單相接地殘余電流小、可持續(xù)供電，以及中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的優(yōu)點(diǎn)，即過電壓水平低，滿足接地保護(hù)動(dòng)作靈敏度要求等，彌補(bǔ)經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地單一運(yùn)行方式的不足，既有利于瞬時(shí)故障熄弧，限制甚至消除發(fā)生間歇性弧光接地及其他諧振過電壓的可能性，又便于永久性接地故障的檢測(cè)。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式的構(gòu)成

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式下的中性點(diǎn)設(shè)備主要由自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈（此處以調(diào)容式消弧線圈為例）、接地電阻器、控制器三部分組成。此外還有提供10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)的Z型接地變壓器，用于測(cè)量的中性點(diǎn)電流互感器、電壓互感器、線路電流互感器等，構(gòu)成方式如圖1所示。

圖1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式的構(gòu)成

圖中：

B—Z型接地變壓器，提供系統(tǒng)中性點(diǎn)

L—消弧線圈，補(bǔ)償電網(wǎng)電容電流

C—可調(diào)電容器組，調(diào)節(jié)消弧線圈補(bǔ)償電流

Rn—接地電阻器

PT0—中性點(diǎn)電壓互感器，獲取中性點(diǎn)位移電壓

CT0—中性點(diǎn)電流互感器，獲取中性點(diǎn)電流

PT—母線電壓互感器，獲取母線線電壓及開口三角電壓

CT1、CT2～CTn—線路零序電流互感器

由控制器對(duì)電流、電壓互感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，完成監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電容電流、自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈電感量、自動(dòng)控制接地電阻的投切和自動(dòng)選擇故障線路等功能。

在10kV電網(wǎng)中，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)長(zhǎng)期并聯(lián)電阻Rn取1200歐姆，發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)中性點(diǎn)并聯(lián)電阻Rn由1200歐姆變?yōu)?50歐姆，為單相接地故障的檢測(cè)提供了足夠的故障信息。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式的工作原理

1.3.1 電網(wǎng)正常運(yùn)行

當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)接入消弧線圈，并在消弧線圈的兩端長(zhǎng)期并接中性點(diǎn)電阻器，充分發(fā)揮該電阻器抑制串聯(lián)諧振過電壓的作用；若裝置采用預(yù)調(diào)節(jié)方式，則實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，需要調(diào)整時(shí)，控制器發(fā)出指令自動(dòng)調(diào)整消弧線圈的擋位，始終保證消弧線圈工作在殘流最小的最佳工作點(diǎn)，等待電網(wǎng)接地故障的發(fā)生；若裝置采用跟蹤調(diào)節(jié)方式，則裝置只實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，不需要實(shí)時(shí)調(diào)整消弧線圈的擋位，只在電網(wǎng)發(fā)生單相故障時(shí)迅速調(diào)節(jié)消弧線圈的擋位至殘流為最小的最佳補(bǔ)償擋。

1.3.2 瞬時(shí)性接地故障或擾動(dòng)

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障或三相合閘嚴(yán)重不同期等擾動(dòng)時(shí)，若裝置采用預(yù)調(diào)節(jié)方式則自動(dòng)閉鎖消弧線圈的調(diào)節(jié)回路，若采用跟蹤調(diào)節(jié)方式則快速調(diào)整消弧線圈工作在殘流為最小的最佳工作點(diǎn)；充分發(fā)揮消弧線圈和中性點(diǎn)接地電阻的補(bǔ)償和限壓作用，促使瞬時(shí)性故障自動(dòng)消失，有效地限制了鐵磁諧振與弧光接地過電壓對(duì)電網(wǎng)的危害，避免了由此引發(fā)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿、避雷器爆炸、電纜對(duì)地?fù)舸┒搪贰⑻摶媒拥氐犬惓，F(xiàn)象的發(fā)生。

1.3.3 電網(wǎng)發(fā)生永久性單相接地故障

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，控制器對(duì)中性點(diǎn)并聯(lián)電阻進(jìn)行投切，通過中性點(diǎn)并聯(lián)電阻的投切，為故障檢測(cè)提供了充分的信息，便于準(zhǔn)確快速地檢測(cè)出單相接地故障。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地

方式下的單相接地故障原理分析10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式下發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地電阻產(chǎn)生的阻性電流只流經(jīng)中性點(diǎn)至故障線路接地點(diǎn)電源側(cè)的部分，單相接地故障的電網(wǎng)等效電路如圖2所示。

通過分析可知：10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式下發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，通過中性點(diǎn)電阻的投切，在流經(jīng)故障點(diǎn)到電源側(cè)線路的零序電流有功分量存在一個(gè)突變量，可以通過檢測(cè)此突變量來檢測(cè)單相接地故障。

3 數(shù)值仿真分析

3.1 單相接地故障的隔離策略

在10kV架空線T接用戶支線的進(jìn)線處安裝智能檢測(cè)單元，若用戶支線發(fā)生單相接地故障，智能檢測(cè)單元通過零序有功增量法檢測(cè)故障，根據(jù)需要可以加裝分界開關(guān)，分界開關(guān)經(jīng)過一定延時(shí)后自動(dòng)分閘，變電站及饋線上的其他分支用戶感受不到故障的發(fā)生，用戶支線的單相接地故障被成功隔離。

3.2 單相接地故障隔離的仿真計(jì)算分析

以某變電站10kV側(cè)母線所連設(shè)備和線路為仿真計(jì)算原型，建立ATP數(shù)值仿真模型。

針對(duì)047出線制锨廠線41-1號(hào)分支末端（分支內(nèi)）發(fā)生單相接地故障進(jìn)行仿真計(jì)算，單相接地過渡電阻設(shè)置為1000歐姆，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 中性點(diǎn)并聯(lián)1200歐姆電阻時(shí)（脫諧度為-0.1）計(jì)算結(jié)果

針對(duì)047出線制锨廠線7號(hào)環(huán)網(wǎng)柜016號(hào)分支末端發(fā)生單相接地故障進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 中性點(diǎn)并聯(lián)1200歐姆電阻時(shí)（脫諧度為-0.1）計(jì)算結(jié)果

通過分析仿真結(jié)果可以得出：區(qū)內(nèi)發(fā)生過渡電阻1000歐姆以內(nèi)單相接地故障時(shí)智能檢測(cè)單元安裝處的零序電流有功增量在3.8A以上，而當(dāng)區(qū)外發(fā)生過渡電阻1000歐姆以內(nèi)單相接地故障時(shí)智能檢測(cè)單元安裝處的零序電流有功增量極小，數(shù)值在1mA以下。

4 結(jié)論

總之，通過該方法能對(duì)單相接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確的隔離，在此基礎(chǔ)上，電網(wǎng)工作人員還要加強(qiáng)對(duì)10kV線路接地故障的運(yùn)行分析，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合隔離方案，更快地排除各類運(yùn)行故障。只有這樣，才能大大提高供電可靠性，降低供電企業(yè)責(zé)任事故的發(fā)生率，有利于提高電力企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]張軍.配電網(wǎng)單相接地故障奮力實(shí)現(xiàn)方案研究[J].城市建設(shè)理論研究，2012（17）.

[責(zé)任編輯：丁艷]