中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地分析

張寶坤，洪有源

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

10 kV系統(tǒng)傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地3種。3種接地方式各有優(yōu)劣，但已經(jīng)漸漸不能滿足人們生產(chǎn)生活對供電可靠性的要求。

近年來，創(chuàng)新性地提出了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地。該接地方式兼具消弧線圈接地和傳統(tǒng)小電阻接地的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又避免了兩者的缺點(diǎn)，在中山地區(qū)得到了全面的推廣應(yīng)用。作為新技術(shù)，沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此，需要在運(yùn)維過程中根據(jù)遇到的問題，不斷地總結(jié)和完善運(yùn)維策略。

1 傳統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

中性點(diǎn)不接地方式是我國10 kV系統(tǒng)最早采用的一種接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障，中性點(diǎn)不接地方式的故障電流大于10 A時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地則是最佳解決方案。這兩種接地方式有著類似的優(yōu)缺點(diǎn)。

(1) 優(yōu)點(diǎn)。發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓的大小和相位均不變，一般允許帶故障運(yùn)行2 h，從而增強(qiáng)了供電可靠性。

(2) 缺點(diǎn)。發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓升高為線電壓，對設(shè)備絕緣要求高；接地選線裝置及選線準(zhǔn)確率不高，調(diào)度人員不得不采用人工拉路的方法尋找故障線路。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地是指中性點(diǎn)通過一個(gè)20 Ω以下的小電阻進(jìn)行接地的方式，依靠線路零序電流保護(hù)將單相接地故障迅速切除。

(1) 優(yōu)點(diǎn)。發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓基本不升高，對設(shè)備絕緣要求不高；保護(hù)動(dòng)作速度快，可以快速隔離故障。

(2) 缺點(diǎn)。無論單相接地故障是永久性的還是瞬時(shí)性的，保護(hù)都會(huì)動(dòng)作跳閘，從而使跳閘次數(shù)大大增加；當(dāng)線路零序保護(hù)不能正確動(dòng)作時(shí)，可能引起接地變零序后備保護(hù)越級(jí)動(dòng)作而擴(kuò)大停電范圍。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的“升級(jí)版”，由于傳統(tǒng)選線裝置局限性，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的接地選線一直是個(gè)難題，選線準(zhǔn)確率較低，而新的接地系統(tǒng)正是針對這一痛點(diǎn)的升級(jí)，主要由接地變壓器、消弧線圈、小電阻、高壓接觸器和控制屏等部件組成。

(1) 發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)已測量的電網(wǎng)電容電流值計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鳎缓罂刂葡【€圈輸出補(bǔ)償電流。瞬時(shí)性接地故障由電感電流補(bǔ)償后，電弧熄滅，接地故障自動(dòng)消除，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。該情況與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的動(dòng)作邏輯相同，可有效避免中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地一有故障就跳閘的情況。

(2) 發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，若消弧線圈補(bǔ)償較長時(shí)間后(一般設(shè)定為10 s)接地故障還存在，則判定系統(tǒng)發(fā)生了永久性接地故障。此時(shí)控制屏發(fā)出高壓真空接觸器動(dòng)作閉合的控制信號(hào)，隨后投入并聯(lián)可控小電阻，故障線路產(chǎn)生較大零序電流，線路保護(hù)裝置的零序保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘切除故障線路。并聯(lián)可控小電阻投入后，自動(dòng)退出消弧線圈補(bǔ)償功能，當(dāng)故障線路跳閘故障隔離后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，斷開高壓接觸器退出并聯(lián)可控小電阻。

并聯(lián)可控小電阻投入實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的接地選線功能，通過故障線路開關(guān)跳閘迅速隔離故障，克服了中性點(diǎn)經(jīng)消化線圈接地時(shí)接地選線準(zhǔn)確率低的弊端，避免了按照拉路順序表拉路造成非故障線路停電的情況。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地方式，其單相接地故障的處理過程如圖1所示。

圖1 單相接地故障處理過程

通過以上分析可知，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地方式主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 相比單純的小電阻接地，降低了單相接地故障引起的跳閘率。

(2) 相比單純的消弧線圈接地，能夠快速準(zhǔn)確地選出接地線路并實(shí)現(xiàn)跳閘。

該接地方式的缺點(diǎn)與中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地類似。

(1) 當(dāng)線路零序保護(hù)不能正確動(dòng)作時(shí)，可能引起接地變零序后備保護(hù)越級(jí)動(dòng)作而擴(kuò)大停電范圍。

(2) 發(fā)生高阻接地時(shí)保護(hù)不動(dòng)作，較大的故障電流使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害而導(dǎo)致相間故障發(fā)生，同時(shí)較大的故障電流也可能將高壓接觸器及并聯(lián)可控小電阻燒毀。

3 實(shí)際運(yùn)行問題及對策

3.1 接地變零序保護(hù)越級(jí)動(dòng)作

發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，經(jīng)10 s消弧線圈補(bǔ)償后并聯(lián)可控小電阻投入，較大的零序電流同時(shí)流過故障線路和接地變，此時(shí)零序保護(hù)應(yīng)首先動(dòng)作切除故障線路，接地變零序保護(hù)啟動(dòng)因未達(dá)到延時(shí)時(shí)間而不動(dòng)作，但在故障線路切除后自動(dòng)復(fù)歸。

而在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)過永久性單相接地故障時(shí)線路零序保護(hù)不動(dòng)作而接地變零序保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)電纜屏蔽層接地線施工不規(guī)范導(dǎo)致線路零序CT采樣異常，從而造成線路零序保護(hù)不動(dòng)作。該錯(cuò)誤在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下也會(huì)發(fā)生，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式下則會(huì)造成小電流接地選線裝置選線不準(zhǔn)。

由于出線電纜通常在繼保班驗(yàn)收后才接入，因此，電纜屏蔽層接地線的驗(yàn)收一直是由運(yùn)行班組負(fù)責(zé)，這就要求運(yùn)行人員需要清楚地掌握接線方式。

(1) 電纜屏蔽層常見的接地方式有2種。

① 電纜屏蔽層已經(jīng)穿過零序CT，則屏蔽地線重新穿出零序CT后再接地，使流過屏蔽層的電流與屏蔽地線的電流互相抵消，如圖2所示。

圖2 電纜屏蔽層穿過零序CT的接地線正確接線方式

② 電纜屏蔽層未穿過零序CT，則屏蔽地線在零序CT外直接接地，使流過屏蔽層和屏蔽地線的電流均不流過零序CT，如圖3所示。

圖3 電纜屏蔽層未穿過零序CT的接地線正確接線方式

(2) 電纜屏蔽層常見的錯(cuò)誤接地方式也有2種。

① 電纜屏蔽層已穿過零序CT，而屏蔽地線在零序CT外直接接地，造成流過屏蔽層和屏蔽地線的電流不能互相抵消，如圖4所示。

圖4 電纜屏蔽層穿過零序CT的接地線錯(cuò)誤接線方式

② 電纜屏蔽層未穿過零序CT，而屏蔽地線卻穿過零序CT后再接地，也造成流過屏蔽層和屏蔽地線的電流不能互相抵消，如圖5所示。

圖5 電纜屏蔽層穿過零序CT的接地線錯(cuò)誤接線方式

3.2 并聯(lián)可控小電阻投入異常

為限制單相接地電流，原則上不允許2臺(tái)接地變并列運(yùn)行，即當(dāng)兩段均配置接地變的母線并列時(shí)，應(yīng)僅保留其中1套接地變運(yùn)行，而將另1套接地變退出運(yùn)行，采用兩段母線共用1套接地變的形式。

對于接地變兼站用變系統(tǒng)，為了站用交流系統(tǒng)的可靠性，1號(hào)接地變退出運(yùn)行指的是拉開1號(hào)接地變中性點(diǎn)刀閘使1號(hào)接地變不具備接地功能，但其站用變功能仍保留。

比如，當(dāng)1號(hào)主變檢修10 kV 1M，2M并列運(yùn)行時(shí)，僅保留2號(hào)接地變正常運(yùn)行，而將1號(hào)接地變的中性點(diǎn)刀閘拉開使1號(hào)接地變不具備接地功能，10 kV 1M，2M母線共用2號(hào)接地變接地。此時(shí)發(fā)生單相接地故障時(shí)，正確的動(dòng)作邏輯是2號(hào)接地變的并聯(lián)可控小電阻投入，1號(hào)接地變的并聯(lián)可控小電阻不動(dòng)作。

為防止母線并列時(shí)2臺(tái)接地變并列運(yùn)行造成2套并聯(lián)可控小電阻同時(shí)投入，當(dāng)控制裝置判定接地變?yōu)椴⒘羞\(yùn)行時(shí)，其并聯(lián)可控小電阻投入邏輯為以1號(hào)接地變?yōu)橹鳎?號(hào)接地變?yōu)閺模贿M(jìn)行1號(hào)接地變并聯(lián)可控小電阻的投切，而2號(hào)接地變并聯(lián)可控小電阻始終不動(dòng)作。

某站1號(hào)主變檢修10 kV 1M，2M并列運(yùn)行時(shí)，已將1號(hào)接地變的中性點(diǎn)刀閘拉開使1號(hào)接地變不具備接地功能，10 kV 1M，2M母線共用2號(hào)接地變接地。期間發(fā)生了單相接地故障，控制裝置卻仍然投入了1號(hào)接地變的并聯(lián)可控小電阻而2號(hào)接地變的并聯(lián)可控小電阻不動(dòng)作，但由于1號(hào)接地變的中性點(diǎn)刀閘已拉開，即使1號(hào)接地變的并聯(lián)可控小電阻投入也無法形成接地短路的回路，致使故障線路的零序保護(hù)不能正確動(dòng)作跳閘。

檢查發(fā)現(xiàn)接地變的零序PT接于中性點(diǎn)刀閘的接地變側(cè)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，2臺(tái)接地變的零序PT都會(huì)產(chǎn)生零序電壓，造成2套控制裝置誤判為并聯(lián)運(yùn)行模式，從而只投入1號(hào)接地變并聯(lián)可控小電阻。造成此次異常的根本原因是接地變的零序PT接線位置錯(cuò)誤造成控制裝置誤判為并聯(lián)運(yùn)行。目前的解決方式有2種。

(1) 從根本上解決，結(jié)合接地變停電機(jī)會(huì)將零序PT由接于中性點(diǎn)刀閘的接地變側(cè)改接至消弧線圈側(cè)。

(2) 對于未完成上述整改的接地變，如需拉開接地變中性點(diǎn)刀閘時(shí)，必須斷開接地變的中性點(diǎn)零序電壓二次回路，如加裝零序電壓二次空氣開關(guān)，在拉開接地變中性點(diǎn)刀閘時(shí)同步斷開該空開。

3.3 并聯(lián)可控小電阻頻繁投入

某站10 kV線路發(fā)生高阻接地，控制裝置正確投入并聯(lián)可控小電阻，但因故障點(diǎn)阻值過大，零序電流未達(dá)零序保護(hù)動(dòng)作值，保護(hù)正確不動(dòng)作。控制裝置按照預(yù)設(shè)的控制邏輯，頻繁進(jìn)行并聯(lián)可控小電阻的投切而故障始終無法隔離。由于在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)多次投入并聯(lián)可控小電阻，導(dǎo)致其持續(xù)流過較大的故障電流而發(fā)熱冒煙，險(xiǎn)些造成火災(zāi)事故。

目前，主要的解決方法有以下幾種。

(1) 聯(lián)系廠家進(jìn)一步完善高阻接地時(shí)的動(dòng)作邏輯，避免再次發(fā)生高阻接地時(shí)并聯(lián)可控小電阻頻繁投入而發(fā)熱冒煙的事件。

(2) 對兩段式零序保護(hù)，零序I段投跳閘功能，零序II段投告警功能，當(dāng)高阻接地零序電流未達(dá)到跳閘值時(shí)，可以通過零序II段的告警信號(hào)提醒調(diào)度員手動(dòng)切除該接地線路，隔離接地故障。

(3) 當(dāng)發(fā)生高阻接地控制裝置頻繁投入并聯(lián)可控小電阻卻無法隔離故障時(shí)，運(yùn)行人員必須立即到站協(xié)助調(diào)度員手動(dòng)切除接地線路，并及時(shí)檢查并聯(lián)可控小電阻運(yùn)行情況，出現(xiàn)發(fā)熱冒煙等異常情況時(shí)，申請將并聯(lián)可控小電阻臨時(shí)退出。

4 結(jié)束語

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可控小電阻接地，作為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的“升級(jí)版”優(yōu)點(diǎn)非常明顯，相比單純的經(jīng)小電阻接地有更低的單相接地故障跳閘率，相比單純的經(jīng)消弧線圈接地能更快速、更準(zhǔn)確地選出接地線路并實(shí)現(xiàn)故障隔離。雖然該新技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間不長，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，偶爾出現(xiàn)意外情況，但隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，該接地方式將逐漸成熟，其優(yōu)越性將日益凸顯。