10 kV配電網中性點接地運行方式的演變與智能配電網技術創(chuàng)新的關系

陳 銳

（廣東電網有限責任公司云浮供電局，廣東 云浮 527300）

1 蘇、美、中國10 kV配電網中性點接地運行方式歷史發(fā)展

每個國家的用電需求和分配方式都有著很大的差別，所以關于配電網中性點接地方式的選擇需要結合自身特點進行考量。

通過查閱相關資料可以了解到，原蘇聯會在一些特別的情況下使用中性點不接地方式，如6 kV電網單相接地電流在30 A以下的情況、15～20 kV電網單相接地電流在15 A以下的情況等，當單相地接地電流比上數值大時，就會轉為采取中性點經消弧線圈接地的方式。

20世紀20年代至40年代，美國大范圍使用了中性點直接接地方式，40年代后期之后，更多的使用消弧線圈接地方式。

建國初期至20世紀80年代，我國和原蘇聯的合作十分密切，在接地方式上也參照了蘇聯的模式，在3～66 kV配電網中性點中采用了不接地和經消弧線圈接地兩種方式。20世紀80年代以后，我國的各項事業(yè)發(fā)展快速，電網在全國范圍內逐漸完善，10 kV配電網中電纜線路增多，原接地方式不能很好的滿足電力線路的運輸要求，經常出現短路的情況，影響了供電的安全性和穩(wěn)定性。1987年起，廣州采用經電阻接地方式提高了10 kV電纜的絕緣水平；1995年，深圳市結合深圳本地10 kV電網實際的運行，實施了10 kV電網的低電阻接地工程；上海市也在20世紀90年代對35 kV及以下配電網采用了低電阻接地方式。之后低電阻接地方式逐漸在我國其他地區(qū)應用起來。

2 各種10 kV配電網中性點的接地運行方式優(yōu)、缺點對比

（1）在電網單相接地且電流在30 A以下配電網中，目前主要應用中性點不接地方式。結合經驗可以看到，中性點不接地方式最突出的優(yōu)點在于高可靠性和穩(wěn)定性，即使出現故障也可以再持續(xù)運行2 h之久，足夠技術人員發(fā)現并解決問題。且中性點不接地方式出現單相接地故障時，故障點經過的電容電路基本不會對信息系統(tǒng)形成干擾。但中性點不接地方式應用的配電網在發(fā)生單相接地故障的情況下有產生間歇性弧光接地過電壓的可能性，容易出現短路。

（2）在單相接地且電流超過30 A的配電網中目前主應用消弧線圈接地方式。這種方式具有間歇性弧光接地過電壓發(fā)生率低的優(yōu)點，能夠補償電容電流，使電壓恢復到穩(wěn)定水平。同時，消弧線圈接地方式的感抗較小，在和電磁式電壓互感器并聯時可以抑制鐵磁諧。但是，消弧線圈接地方式全補償運行時，會放大中性點位移電壓，出現“虛幻接地”的問題。消弧線圈接地方式應用于單相接地配電網中的故障選線準確率也很低。

（3）在單相接地且電流小于30 A配電網中主要應用中性點高阻接地方式。這種方式的優(yōu)勢是可以抑制諧振過電壓現象，使電壓保持在安全范圍。

（4）純電纜網絡或以電纜為主的配電網中，中性點不宜在架空網絡或架空電纜混合網絡中應用。這種方式的優(yōu)勢是可以將暫態(tài)過電壓和電壓倍數降低到一定水平，并且能快速切除發(fā)生故障的單相接地線路，更好的保證供電安全和穩(wěn)定。

（5）配電網采用中性點經消弧線圈接地并聯電阻接可以將這兩種接地方式的優(yōu)點相互結合，從而限制暫態(tài)過電壓并準確地確定故障選線。同時，接入中性點接地電阻能夠將多余的電荷釋放出來，從而對弧光接地過電壓幅值形成限制，使控制器獲得更加準確、完善的故障選線信息。

3 本地區(qū)配電網中性點接地運行方式演變與智能配電網技術創(chuàng)新的關系

20世紀90年代前，本地區(qū)10 kV配電網一般都采用中性點不接地的方式。結構簡單投資少：直接從母線PT開口三角引出3U°。較高的供電可靠性：單相接地后允許運行2 h。但是缺點也很明顯：嚴重威脅設備、人身的安全，設想在人口密集地區(qū)高壓線斷落后橫跨道路運行2 h，不敢想象造成的嚴重后果。

隨著地方經濟的發(fā)展及珠三角的產業(yè)轉移，配電網的容量日益增大，發(fā)生接地時，電容電流超過規(guī)定值，電弧不容易消除。在這種情況下，中性點經消弧線圈接地方式因其優(yōu)勢得到了普遍的應用，其中本地區(qū)變電站10 kV母線共安裝56套消弧線圈。這一接地方式的三相系統(tǒng)相互對稱，其中中性點的電流值是零，消弧線圈無電流。系統(tǒng)單相接地的情況下，經過接地點的電流值是經過消弧線圈的電流值與接地電容電流值之和，并且由于二者方向相反，相互抵消，從而接近限制接地電流，在接地點避免產生弧光作用，從而避免過電壓的產生。但使用過程中漸漸發(fā)現這種方式的缺點：因級差、零序有功分量以及測量準確性的影響，由消弧線圈本身帶來的附加接地殘流的計量結果偏差較大，造成選線功能發(fā)出的告警信號不準確，正確率極低而且不穩(wěn)定；且只能發(fā)信號，不能快速跳閘切斷接地線路，無法解除對人身安全的威脅。

隨著時代的進步，安全文化快速發(fā)展，以人為本成為共識。配電網運行對人身安全的要求越來越高，中性點經小電阻接地運行方式在發(fā)生接地故障時能快速斷開故障線路，從這個角度而言，完全符合這一時代的主旋律。所以，本地區(qū)近年新建、新安裝10 kV母線的接地方式，均采用接地變，10 kV母線經小電阻接地共有37套。經消弧線圈接地的，改造為消弧線圈并小電阻接地，共56套。經電抗器接地的，也有14套。本地區(qū)變電站共100余段10 kV母線基本改造完成，統(tǒng)計投入運行后三年的接地故障正確切斷率為99.9%，只有遠離電源點的高阻接地判斷正確率不穩(wěn)定。中性點經小電阻接地運行方式雖有諸多優(yōu)點但也存在一個明顯的缺陷：它不能根據故障的性質做出區(qū)分處理，對于瞬間性故障和永久性故障，都會出現變電站開關跳閘的情況。這種情況加大了線路故障跳閘的概率，供電可靠性大大降低，供電服務質量大受影響。這個缺陷與電網公司的企業(yè)使命發(fā)生沖突，如果無法解決，這種接地方式的命運可能與其他方式一樣漸漸被時代拋棄。

技術創(chuàng)新一直在推動社會進步，這次也不例外。智能電網作為新興產業(yè)，雖先發(fā)于西方國家，但我國后發(fā)制人，這幾年以中國速度躍升于世界前列。以智能電網技術中的10 kV配電網自動化開關技術的應用為例，短短幾年時間，便將10 kV配電網這片自動化死角蛻變成為可以實現“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙視）的智能電網。智能配電網以10 kV配電網自動化開關為基礎，再配合繼電保護裝置的改良以及繼電保護原理的創(chuàng)新。同時，在線路分段開關應用斷路器設置常規(guī)保護（過電流、零序電流、二次重合閘）與負荷開關自動化邏輯保護配合，基本克服了這個缺陷。

具體地，首先利用變電站饋線開關與線路支線斷路器在保護定值與動作時間上的配合，設置傳統(tǒng)常規(guī)的繼電保護裝置（速斷、過電流、零序、二次重合閘等）。這種傳統(tǒng)常規(guī)的繼電保護裝置，在支線發(fā)生接地等故障時，能夠在整定的動作時間切斷支線斷路器，避免變電站饋線開關動作跳閘，實現了快速隔離故障點，盡量縮小停電范圍。

傳統(tǒng)常規(guī)的繼電保護裝置配置及整定原則---應用實例。

配網線路過流、零流保護整定：（1）變電站A、B為110 kV變電站；斷路器配置有過流、零序電流保護和二次重合閘功能；（2）負荷開關采用電壓-電流型；（3）主干線線路線徑采用120 mm2，分支及配變線路線徑采用70 mm2，配變容量1 000 kVA。過流I段、過流II段、零流保護整定如圖1所示。

圖1 10 kV線路常規(guī)繼電保護裝置配置及整定原則

其次，利用變電站饋線開關與主線路分段開關（包括負荷開關與斷路器）及聯絡開關的自動化邏輯保護配合。10 kV配電網自動化開關邏輯保護的工作原理是饋線失壓，分段器依時間順序試合，確定并隔離故障區(qū)段、恢復非故障段。通過變電站饋線開關一次重合閘隔離故障，變電站饋線開關兩次重合閘恢復供電。當線路某段出現故障時，10 kV配電網自動化開關邏輯保護能夠對故障的位置進行自動化定位，并對故障范圍進行隔離處理，對非故障線路也能夠用最快的速度恢復供電。

10 kV配電網自動化開關邏輯保護配置及整定原則---應用實例。

10 kV配電網自動化開關邏輯保護配置及整定如圖2所示。

解決這個缺陷后，本地區(qū)所有能夠改造的配電網接地運行方式都基本改造成為各種形式的中性點經電阻接地運行方式。在智能電網迅速發(fā)展的浪潮下，科技創(chuàng)新發(fā)揮的推動力量越來越明顯。

圖2 10 kV配電網自動化開關邏輯保護配置及整定原則

4 結 論

我國的電力供應能力在世界中處于前列，在配電網不斷完善和發(fā)展的過程中，嘗試過多種中性點接地運行方式，每一種方式都有著各自適用的范圍和限制。事實上，任何中性點接地運行方式的應用普及，都是技術創(chuàng)新起推動作用。特別是智能電網作為一個新興產業(yè)崛起后，智能電網技術發(fā)展更是一日千里，智能電網技術創(chuàng)新也是日新月異。縱觀本地區(qū)10 kV配電網（這里專指變電站10 kV母線）基本全面采用中性點經小電阻接地運行方式的演變過程，在背后推動的科技創(chuàng)新力量就是智能電網技術中的10 kV配電網自動化開關技術的應用。