變電站10kV接地方式的選擇及應(yīng)用

蘇哲

摘要：目前我國(guó)110kV、220kV變電站10kV側(cè)多采用消弧線圈接地方式，而近年來越來越多的變電站存在電容電流存在補(bǔ)償不足的缺陷，小電阻接地方式正在逐步代替消弧線圈接地方式成為變電站電容電流補(bǔ)償?shù)氖走x方式。本文比較了兩種傳統(tǒng)的消弧線圈接地方式與三種不同的小電阻接地方式的運(yùn)行特點(diǎn)，為不同地區(qū)、不同負(fù)荷性質(zhì)的變電站選擇10kV系統(tǒng)接地形式提供新的思路。

關(guān)鍵詞：變電站;消弧線圈;電容電流;小電阻接地

1 引言

目前，傳統(tǒng)的110 kV、220 kV變電站10kV側(cè)多采用消弧線圈接地方式，主要可針150A及以下的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償。

但隨著城鎮(zhèn)日新月異的變化，市區(qū)內(nèi)10 kV配電線路逐漸由架空導(dǎo)線改造為電力電纜下地敷設(shè)，消弧線圈逐漸不能滿足日益增長(zhǎng)的電容電流補(bǔ)償需求[1-2]，為此，小電阻接地方式[3-6]正在逐步替代消弧線圈接地方式成為城區(qū)110 kV、220 kV變電站10kV側(cè)接地方式的首選。各變電站需根據(jù)站區(qū)特點(diǎn)選擇接地方式及其相關(guān)設(shè)備的參數(shù)及接線形式，本文對(duì)不同的接地方式進(jìn)行了運(yùn)行上的分析比較，為各變電站10kV系統(tǒng)接地形式選擇提供新的思路。

2 傳統(tǒng)的消弧線圈接地方式

消弧線圈主要有干式和油浸式兩種，干式適用于戶內(nèi)，油浸式適用于戶外，其工作原理一致，是目前變電站主流的接地方式，廣為大家所熟知，主要有以下兩種主流接線方式。

2.1 消弧線圈接母線（方式一）

在10kV母線上配置專用的接地變，接線組別為Zny11，消弧線圈接于Z型繞組中性點(diǎn)。該方式占用1個(gè)10kV間隔位置及1個(gè)接地變消弧線圈裝置安裝位置。該運(yùn)行方式下，當(dāng)出線發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，可帶故障運(yùn)行兩小時(shí)供檢修人員前往故障點(diǎn)進(jìn)行故障排除，超過兩小時(shí)動(dòng)作跳閘。

2.2 消弧線圈接主變（方式二）

當(dāng)主變?yōu)閅nyn0+d接線且低壓中性點(diǎn)有引出套管時(shí)，消弧線圈直接與其連接。該方式僅占用1個(gè)消弧線圈裝置安裝位置，占地面積小，但主變需配置平衡線圈，投資成本較大。故障排除過程同方式一。

以上兩種方式補(bǔ)償原理相同，需根據(jù)不同變電站實(shí)際情況選擇相對(duì)節(jié)約投資的接線方式。當(dāng)變電站10kV側(cè)預(yù)留間隔充裕，推薦方式一;當(dāng)變電站10kV側(cè)出線回路較多已無備用間隔位置，推薦采用方式二。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性：當(dāng)站內(nèi)任意一臺(tái)主變停電檢修，將該主變10kV側(cè)斷路器置于分位，閉合10kV分段斷路器，站內(nèi)10kV負(fù)荷即可由正常運(yùn)行的主變供電，不同母線上的消弧線圈可短期疊加投入。

3 小電阻接地方式的應(yīng)用

針對(duì)10kV電容電流超過150A的變電站，傳統(tǒng)的消弧線圈補(bǔ)償方式已不能滿足相應(yīng)需求，普遍存在欠補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。為此小電阻接地方式應(yīng)運(yùn)而生并有逐步替代消弧線圈作為變電站10kV電容電流補(bǔ)償?shù)闹髁鞣绞降内厔?shì)，目前國(guó)家電網(wǎng)江蘇等地已在大規(guī)模的將消弧線圈更換為小電阻接地方式。

考慮到不同變電站的布置形式以及主變壓器的接線形式，小電阻的接線方式主要可分為以下三種方式。

3.1 小電阻接母線（方式三）

小電阻接母線方式即10kV側(cè)母線配接地變小電阻出線開關(guān)柜，經(jīng)電纜連接至接地變小電阻成套裝置，該裝置兼站用變壓器功能。該方式占用1個(gè)10kV間隔位置及1個(gè)接地變小電阻裝置安裝位置。

該運(yùn)行方式下，當(dāng)10kV側(cè)任意一條出線發(fā)生單相接地短路時(shí)，出線開關(guān)柜所配置的零序電流保護(hù)將動(dòng)作于跳閘;當(dāng)10kV母線發(fā)生單相接地短路時(shí)，10kV母聯(lián)斷路器將首先斷開（后備保護(hù)零序一段動(dòng)作），如果故障并未被排除，變壓器10kV側(cè)斷路器將置于分位以排除故障;當(dāng)主變10kV側(cè)出口處單相接地，變壓器各側(cè)斷路器均將置于分位（后備保護(hù)零序二段動(dòng)作）以排除故障。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性：當(dāng)站內(nèi)任意一臺(tái)主變停電檢修，將該主變10kV側(cè)斷路器置于分位，閉合10kV分段斷路器，站內(nèi)10kV負(fù)荷即可由正常運(yùn)行的主變供電。

3.2 小電阻通過接地變壓器接主變（方式四）

當(dāng)主變壓器采用YNd11接線時(shí)，可配備接地變小電阻成套裝置，經(jīng)過電纜與變壓器出口10kV側(cè)銅母線連接，該接地變壓器為單繞組，僅為小電阻提供中性點(diǎn)引出，低壓側(cè)母線配備單獨(dú)的站用變壓器。該方式占用1個(gè)10kV間隔位置及1個(gè)接地變小電阻裝置安裝位置。

該運(yùn)行方式下，當(dāng)任意一回10kV出線發(fā)生單相接地時(shí)，出線開關(guān)柜所配置的零序電流保護(hù)將動(dòng)作于跳閘;當(dāng)10kV母線或主變10kV側(cè)出口處發(fā)生單相接地短路時(shí)，接地變所配備的零序電流保護(hù)將先動(dòng)作，將小電阻首端的接觸器置于分位，進(jìn)而10kV側(cè)轉(zhuǎn)換為不接地系統(tǒng)。因此該方式要求低壓側(cè)系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平滿足不接地系統(tǒng)運(yùn)行方式要求。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性：當(dāng)站內(nèi)任意一臺(tái)主變停電檢修，該變壓器10kV側(cè)斷路器將置于分位，該變壓器所配備的小電阻裝置也需退出運(yùn)行，此時(shí)閉合分段斷路器，正常運(yùn)行的主變方可帶站內(nèi)所有負(fù)荷，此做法主要是為了防止兩組小電阻同時(shí)運(yùn)行此時(shí)若再有出線發(fā)生單相接地故障，故障電流將以兩倍數(shù)值上升，對(duì)電氣設(shè)備造成損害。

3.3 小電阻接主變壓器10kV中性點(diǎn)（方式五）

當(dāng)變壓器采用YNyn0+d接線方式時(shí)，且低壓Y型繞組中性點(diǎn)有引出套管時(shí)，可直接配置小電阻裝置與其連接，低壓側(cè)母線配備單獨(dú)的站用變壓器。該方式占用1個(gè)10kV間隔位置及1個(gè)小電阻裝置安裝位置。

該運(yùn)行方式下，當(dāng)任意一回10kV出線發(fā)生單相接地時(shí)，出線開關(guān)柜所配置的零序電流保護(hù)將動(dòng)作于跳閘;當(dāng)10kV母線或主變10kV側(cè)出口處發(fā)生單相接地短路時(shí)，主變10kV側(cè)斷路器將置于分位以排除故障。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性：當(dāng)站內(nèi)任意一臺(tái)主變停電檢修，將該主變10kV側(cè)斷路器置于分位，閉合10kV分段斷路器，站內(nèi)10kV負(fù)荷即可由正常運(yùn)行的主變供電。

3.4 以上五種方式的比較

從供電可靠性、二次回路、設(shè)備選型等方面比較以上五種接地方式。

方式一：任意出線發(fā)生單相短路時(shí)，可帶故障運(yùn)行2小時(shí)，二次回路接線簡(jiǎn)單，低壓側(cè)設(shè)備絕緣水平不可降低配置，任意一臺(tái)變壓器檢修或者主變進(jìn)線柜檢修時(shí)，可閉合分段斷路器，由站內(nèi)正常運(yùn)行的主變暫代全站負(fù)荷，負(fù)荷轉(zhuǎn)移靈活便捷。

方式二：運(yùn)行方式及負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性同方式一，但主變需配置平衡線圈，投資較大。

方式三：當(dāng)10kV母線發(fā)生單相短路時(shí)可分?jǐn)喙收夏妇€;主變10kV側(cè)出口單相接地故障或接地變故障均切除主變，故障停電范圍交大。施工接線不復(fù)雜，但差動(dòng)保護(hù)需要諸多元件，任意元件故障將導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。低壓側(cè)設(shè)備絕緣水平可降低配置，節(jié)約投資成本。負(fù)荷轉(zhuǎn)移靈活便捷。

方式四：當(dāng)10kV母線發(fā)生單相短路、主變10kV側(cè)出口單相接地短路或接地變故障時(shí)切除小電阻，10kV系統(tǒng)暫時(shí)轉(zhuǎn)為不接地運(yùn)行方式。二次回路接線復(fù)雜。低壓側(cè)設(shè)備絕緣水平不可降低配置。主變或主變10kV出口側(cè)斷路器停用時(shí)，需斷開1臺(tái)小電阻裝置，再由相鄰主變帶供失電母線上負(fù)荷。負(fù)荷轉(zhuǎn)移復(fù)雜。

方式五：運(yùn)行方式及負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性同方式三，但主變需配置平衡線圈，投資較大。

4 結(jié)語

綜上分析，首先需根據(jù)變電站站址情況確定該站適用的接地方式。針對(duì)人口稀疏的郊區(qū)，周邊負(fù)荷多為架空出線，考慮遠(yuǎn)景5-10年該地區(qū)的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，若遠(yuǎn)景亦為架空出線則選擇消弧線圈接地方式。若為新建變電站，考慮節(jié)約投資成本，建議采用消弧線圈接母線方式，若為老站改造，首先根據(jù)現(xiàn)有主變壓器的接線組別，若主變10kV側(cè)為星型接線且有套管引出，可采用消弧線圈接主變方式，若主變10kV側(cè)無中性點(diǎn)引出套管，則選擇消弧線圈接母線方式。

針對(duì)人口密集的城區(qū)變電站，電纜出線較多，無論是新建站亦或是老站改造，均宜選用小電阻接地方式。對(duì)核心地區(qū)的變電站（站內(nèi)一二級(jí)負(fù)荷較多），建議采用小電阻通過接地變壓器接主變的方式;對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)或三級(jí)負(fù)荷的變電站，從節(jié)約投資成本的角度可采用小電阻接母線方式;對(duì)于變電站現(xiàn)有主變10kV側(cè)為星型接線且有套管引出時(shí)，優(yōu)先考慮采用小電阻接主變壓器10kV中性點(diǎn)方式以節(jié)約投資成本。

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