20kV小接地系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用與分析

張義平 秦銀平

【摘 ?要】在電力系統(tǒng)當(dāng)中，中性點(diǎn)不接地與經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)被統(tǒng)稱為小接地系統(tǒng)，其能夠在統(tǒng)一小接地系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行不同的出線，也可以為同一出線的不同點(diǎn)。本文主要通過(guò)對(duì)20KV小接地系統(tǒng)的應(yīng)用展開(kāi)分析，以期能夠?yàn)闃I(yè)內(nèi)提供參考。

【關(guān)鍵詞】小接地系統(tǒng);配電網(wǎng);20kV

1問(wèn)題的提出

在我國(guó)低壓電力系統(tǒng)中，變壓器的中性點(diǎn)多采用非直接接地方式的小接地電流系統(tǒng)。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓降為零，非故障相對(duì)地電壓升高為故障后的線電壓，非接地相對(duì)地電容電流增大，等于正常運(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的3倍。但單相接地故障后三相線電壓基本保持不變，負(fù)荷電流不變，對(duì)供電負(fù)荷沒(méi)有影響，因此規(guī)程允許繼續(xù)運(yùn)行1-2h。但實(shí)際運(yùn)行中可能由于過(guò)電壓引發(fā)電力電纜爆炸、TV保險(xiǎn)熔斷甚至燒壞、母線短路等事故。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電力中心區(qū)負(fù)荷密度逐漸增大。10kV供電局限性慢慢凸顯，20kV供電系統(tǒng)因能有效增加負(fù)荷輸送能力，減少上級(jí)變電站布點(diǎn)、節(jié)約線路走廊而受到電力工作者青睞。20kV小接地系統(tǒng)的電壓身為IEC標(biāo)準(zhǔn)已被數(shù)十個(gè)國(guó)家相繼采用。但是要使20kV供電系統(tǒng)穩(wěn)定接入配電網(wǎng)，首先需要解決的便是各類技術(shù)性問(wèn)題。當(dāng)中，如何結(jié)合當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際需求，做好20kV小接地系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

2 20kV小接地系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用與分析

在配電網(wǎng)序列當(dāng)中，20kV小接地系統(tǒng)有著極為明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與十分可觀的社會(huì)效益。自第一個(gè)20kV小接地系統(tǒng)順利接入至配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)在提升工作效率的同時(shí)也出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，致使連續(xù)用電的用戶產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也致使供電可靠性下降。本篇章通過(guò)對(duì)20kV小接地系統(tǒng)在配電網(wǎng)當(dāng)中的各項(xiàng)保護(hù)措施進(jìn)行分析，以期能夠?yàn)橥袠I(yè)提供參考。

2.1零序電流保護(hù)

20kV小接地系統(tǒng)當(dāng)中的零序電流保護(hù)是基于故障線路零序電流大于非故障線路零序電流的特點(diǎn)，區(qū)分出故障和非故障線路，從而構(gòu)成有選擇性的接地保護(hù)。零序電流保護(hù)方法是滿足選擇性接地保護(hù)的要求，是電網(wǎng)每相對(duì)地總電容與被保護(hù)線路對(duì)地電容之比大于1時(shí)，才有可能保證保護(hù)裝置的可靠動(dòng)作。由此可見(jiàn)，這20kV小接地系統(tǒng)只適用于被保護(hù)線路對(duì)地電容較小而電網(wǎng)對(duì)地總電容相對(duì)大的場(chǎng)合;當(dāng)電網(wǎng)單相接地電容電流較小，又存在長(zhǎng)線路的情況下，較難滿足選擇險(xiǎn)性。

對(duì)于20kV小接地系統(tǒng)當(dāng)中的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈提供的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)對(duì)地的電容電流，使流過(guò)故障線路的零序電流大大減小，此時(shí)很難用零序電流保護(hù)來(lái)獲得保護(hù)的選擇性。對(duì)于中險(xiǎn)點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并（串）電阻接地系統(tǒng)，采用此方法要保證動(dòng)作的選擇性，必須使中性點(diǎn)電阻提供的有功電流足夠大，否則也無(wú)法獲得20kV小接地系統(tǒng)保護(hù)的選擇性。

2.2零序功率方向保護(hù)

20kV小接地系統(tǒng)零序功率方向保護(hù)利用故障線路零序電流滯后零序電壓90°與非故障線路零序電流超前零序電壓90°的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)。由于這一方法對(duì)零序電流的大小要求降低，使之在實(shí)際電網(wǎng)，特別是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，由于故障線路零序電流滯后零序電壓的角度大于90°，因此應(yīng)用該方法時(shí)有一定的局限性值得注意的是，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，一般認(rèn)為當(dāng)消弧線圈工作欠補(bǔ)償方式時(shí)，此方法仍然可行，但這并不全面。例如對(duì)于某電網(wǎng)，因其全是電纜供電網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)對(duì)地電容主要集中在線路上假設(shè)6kV電網(wǎng)單相接地電容電流為5OA，兩條線路，其對(duì)地電容電流分別為20A，15A，另外一條線路為15A為實(shí)現(xiàn)基于零序功率方向保護(hù)方法的選擇性，要求消弧線圈的電感電流A=30A，才能保證在所有線路，包括電容電流最大線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)選線的正確性。顯然，此時(shí)補(bǔ)償效果是較差的，殘余電流大于30A。另外，每條線路的對(duì)地電容電流是經(jīng)常變化的，計(jì)算和實(shí)測(cè)也較困難。

另外，由于該方法依據(jù)零序電流與零序電壓的相位差進(jìn)行選線，故對(duì)零序電流互感器的角特性要求較高;當(dāng)電網(wǎng)存在架空出線，采用零序電流濾過(guò)器的方法獲取零序電流信號(hào)時(shí)，更容易受到正常負(fù)荷電流產(chǎn)生的不平衡電流影響。因此，20kV小接地系統(tǒng)能夠在此方面當(dāng)中保證電網(wǎng)零序功率的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3首半波保護(hù)

20kV小接地系統(tǒng)首半波保護(hù)基于單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設(shè)條件，當(dāng)相電壓接近最大值時(shí)，若發(fā)生接地故障，則故障相對(duì)電容通過(guò)故障線路向故障點(diǎn)放電，故障線路電感和對(duì)地分布電容使電流具有衰減震蕩性，對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于暫態(tài)電感電流的最大值應(yīng)出現(xiàn)在接地故障發(fā)生和相電壓經(jīng)過(guò)零序的瞬間，而接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值應(yīng)出現(xiàn)在接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過(guò)零序的瞬間，而接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間，消弧線圈中的暫停電感電流接近于零，暫停電容電流較暫態(tài)電感電流大得多。因此在同一電網(wǎng)中，在相電壓接近于最大值發(fā)生單相接地故障的瞬間，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的近似相同，中性點(diǎn)對(duì)地電壓間的相位關(guān)系得到證實(shí)，故可利用故障線路中故障后暫態(tài)零序電流第一個(gè)周期的首半波方向與非故障線路相反的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)。

從上述此方法工作特點(diǎn)可知，根據(jù)首半波保護(hù)工作的接地選線裝置，顯然不能反映相電壓較低時(shí)的接地故障，且受接地故障點(diǎn)過(guò)渡電阻影響較大，同時(shí)也存在工作死區(qū)加上不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，時(shí)間常數(shù)各不相同，接地暫態(tài)過(guò)程的振蕩頻率等特性也必然不同，從而使首半波的時(shí)間寬度各不相同。因此，利用此原理構(gòu)成的20kV小接地系統(tǒng)保護(hù)裝置，其實(shí)用范圍受到限制。

2.4諧波電流方向保護(hù)

由于電源變壓器鐵心非線性的影響，以及電力電子傳動(dòng)裝置在供配電網(wǎng)中的應(yīng)用，當(dāng)20kV小接地系統(tǒng)向配電網(wǎng)輸入正弦電壓后，輸出電壓將發(fā)生畸變。

（1）不管是何種中性點(diǎn)接地方式，單相接地故障時(shí)零序諧波電流的分布規(guī)律和相位特征與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的基波零序電流相似。

（2）接地故障點(diǎn)過(guò)渡電阻僅影響零序諧波電流和電壓的保護(hù)。

（3）可以利用零序諧波電流大小或方向構(gòu)成選擇性接地保護(hù)。根據(jù)相電壓的非線性可分解出幅值大小依次為基波和3次、5次、7次、9次、11次、13次、15次等諧波，由于三次諧波受變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的影響，更因其方向一致，使得相間沒(méi)有三次諧波電壓，同樣地，也不存在9次、15次等諧波成分。所以零序電流中除基波成分外，諧波電流幅值大小依次為7次、7次、ll次、13次由于5次或7次等諧波含量相對(duì)基波而言要小得多，數(shù)值很小，極易混入干擾成分，測(cè)量精度不易保證再者5次或7次諧波的大小易受電源電動(dòng)勢(shì)波形，變壓器、負(fù)荷及其它非線性元件特性的影響，將在較大的范圍內(nèi)波動(dòng)。故以次原理構(gòu)成的接地保護(hù)其零序電壓動(dòng)作值往往很高，靈敏度較低，在接地點(diǎn)存在一定過(guò)渡電阻值下將出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，20kV小接地系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定與高效運(yùn)行有著重要的價(jià)值與作用。行業(yè)工作者們應(yīng)對(duì)相關(guān)技術(shù)原理與應(yīng)用進(jìn)行深入的研究分析，提升20kV小接地系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港供電分公司）