秦皇岛地区35kV、10kV配电网中性点接地方式回顾与探讨

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一、历史概况
　　20世纪90年代，秦皇岛地区35kV、10kV配电网络线路以架空线路为主，系统对地电容电流较小，因此配电网多采用中性点不接地方式运行。当系统发生一点接地时，保护不跳闸，仅发出接地信号，可带故障运行1～2小时。由于早期供电网络结构比较简单，输电线以架空线为主，单相接地故障是配电网中出现概率最大的一种故障，并且往往是可恢复性的故障。因而采用中性点不接地方式运行，即使发生单相金属性永久接地或稳定电弧接地，仍能不间断供电，这是这种电网的一大优点，因此对供电的可靠性起到了积极作用。
　　而其缺点是系统具有中性点不稳定的特点，当单相接地电弧自行熄灭后，容易导致电压互感器的铁芯饱和激发中性点不稳定过电压，引起电压互感器烧毁与高压熔丝熔断等事故。
　　随着城市规模的发展，城市的各大街道纷纷将架空线路改为电缆入地。电缆的电容电流远大于同等长度的架空线路，约为架空线路的63倍，这将引起电容电流的增大，从而导致接地电弧无法熄灭，严重影响系统的可靠性，影响人身及设备的安全。根据当时我国电力行业标准SDJ7―79的规定，(3～10)kV、35kV配电网中单相接地电容电流大于10A，又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。
　　因此，在20世纪90年代以后，公司各变电站逐步将35kV、10kV系统由不接地运行方式改造成经消弧线圈接地方式运行。
　　二、消弧线圈的应用
　　1.消弧线圈的工作原理
　　消弧线圈是1台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈。其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈来说是不易饱和的，消弧线圈的铁芯和线圈均浸在绝缘油中，外形与单相变压器相似。
　　图1为补偿电网单相接地故障图，其中gx、Lx分别表示消弧线圈的电导和电感，g1、g2、g3分别代表三相对地电导，C1、C2、C3分别代表三相对地电容。图2为单相接地的等值电路图，其中的Id为接地点D处的接地电流。图3为单相接地相量图，其中的Ic为电网电容电流，IL为消弧线圈补偿电流。由于消弧线圈是一个电感元件，因此相量图中Ic和IL为方向相反的电流。如忽略导纳的影响，根据以上分析可以得出Id的数值。
　　Id=j[ω(C1+C2+C3)-]UA=IC+IL （1）
　　由此可得：│Id│=│Ic+IL│ （2）
　　当Id=0时，电网电容电流全部被消弧线圈补偿。
　　消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程度。
　　式中：Ic――对地电容电流，A；
　　IL――消弧线圈电感电流，A。
　　2.消弧线圈的种类
　　（1）老式手动调节分接头的调匝式消弧线圈。这种消弧线圈的特点是结构简单，便于安装和维护；缺点是当系统电容电流发生变化需要改变消弧线圈补偿电感值时，只能停下电后进行手动调节，一方面操作比较麻烦，另一方面当系统电容电流发生变化时不能及时改变补偿电感值，容易出现参数谐振等问题，对系统造成影响。
　　（2）自动跟踪补偿消弧线圈。成套装置自动跟踪补偿消弧线圈装置可以自动、适时地监测、跟踪电网运行方式的变化，快速地调节消弧线圈的电感值，以跟踪补偿变化的电容电流，使失谐度始终处于规定的范围内。
　　自动跟踪补偿消弧线圈。从结构上分为调匝式、调气隙式、磁阀式、调容式四种形式。根据系统情况的不同，我地区对消弧线圈的选择情况如下：
　　由于35kV系统在我地区不是主配网系统，网络结构变化不大，系统电容电流相对稳定，变化不大，消弧线圈不需要频繁调节，同时又由于消弧线圈需要安装在户外主变压器中性点上，因此根据结构简单、运行维护方便的特点，选择了老式手动调节分接头的调匝式消弧线圈。
　　10kV系统是我公司主配网系统，系统结构复杂，网络变化较大，因此选择了自动跟踪补偿消弧线圈，并且根据当时制造厂的情况，我们认为调匝式自动跟踪补偿消弧线圈结构上比较成熟，因此10kV配电网选择了调匝式自动跟踪补偿消弧线圈，并且使用至今。
　　三、目前存在的问题
　　通过多年来的运行实践，目前网上运行的两种消弧线圈存在如下问题。
　　1.35kV系统消弧线圈参数谐振问题
　　（1）系统如果存在同杆并架线路，在消弧线圈投入的情况下，其中一条母线接地，由于同杆并架线路之间存在耦合电容，将导致另一条母线中性点电位升高，消弧线圈动作，系统出现虚幻接地现象。
　　（2）当消弧线圈运行在某个分头，将产生高幅值的耦合串联谐振，危及系统安全运行。
　　（3）在系统参数改变的情况下（新增或减少线路），需要重新计算出产生高幅值的耦合串联谐振条件，并加以避免。
　　2.10kV系统自动调节补偿消弧线圈存在的问题
　　（1）目前，在接地故障电流比较大的情况下，网上运行的小电流接地选线装置选线较准确；而在如此小的故障电流下检测灵敏度降低，因此选线极不准确，无法达到工程要求的精度，在系统上有消弧线圈进行接地补偿的情况下，小电流接地选线装置无法使用。
　　（2）在串联到消弧线圈一次回路中的阻尼电阻阻值选定的情况下，如果系统中性点不对称度增高，系统中性点位移电压就会升高，当超过系统电压互感器零序过压信号回路整定值（一次电压900V，二次电压15V）时，系统发出接地信号，出现虚幻接地现象，影响10kV系统正常运行。反之，在系统中性点不对称度降低时，系统中性点位移电压就会降低，导致自动调节消弧线圈无法正常工作。
　　（3）由于阻尼电阻箱内用于短接阻尼电阻的交、直流接触器动作不可靠，我公司已经几次出现烧毁阻尼电阻箱的故障。
　　（4）在局部地区，配网运行方式变化非常灵活，导致系统电容电流变化非常大。如北戴河地区，在崔各庄、海滨、赤土山三个站连网运行的情况下，整个系统的电容电流将达到617A，即使在理想情况下，系统处于全补偿的情况，依旧有5%即30A左右的阻性接地电流无法被补偿掉，30A的接地电流很难自动熄灭。在这种情况下，消弧线圈将失去作用。因而在系统电容电流很大的系统中，选用中性点经消弧线圈补偿的方式是值得重新考虑的。
　　（5）在电网初期规模较小、在短时间内发展很快的情况下，调匝式消弧线圈受调流范围的限制，需要频繁更换。
　　四、对电容电流比较大的配电网接地方式选择的再讨论
　　根据多年来的实际运行经验，目前我公司35kV、10kV配电网运行的多套消弧线圈存在着诸多问题，因此，有必要对配电网接地方式的选择再进行一次调查和讨论。
　　1.自动调节接地补偿装置技术的发展
　　目前，随着科技的发展，出现了一种新型自动调节接地补偿装置，称为高短路阻抗变压器式消弧系统。该消弧系统主要由高短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，同时采用小电流接地选线装置为配套设备。由于采用了晶闸管调节，因此响应速度快，可以实现零至额定电流的无级连续调节。此外，由于是利用变压器的短路阻抗作为补偿用的电感，因而具有良好的伏安特性。其特点如下：
　　（1）补偿电流调节范围很宽，适应电网的不断发展。
　　（2）由于在非接地故障情况下，消弧线圈可以工作在远离谐振点的区域，因此小电流接地选线容易实现。
　　（3）在非接地故障情况下，消弧线圈可以工作在远离谐振点的区域，因此不会导致中性点位移电压升高、系统频发接地信号的问题。
　　2.中性点经电阻接地技术的发展概况和现状
　　20世纪90年代初期，国内部分大城市采用了中性点经低电阻接地的方式。采用中性点经低电阻接地，主要的问题是电阻值的选取。从限制过电压角度考虑，当选取阻值为10Ω时，弧光接地过电压则可降至1.9p.u.以下。从对通信线路干扰的角度考虑，以电缆为主的配电网，电阻值在7～14Ω范围内对通信线的干扰问题不大。从保证继电保护动作可靠性考虑，对于电缆线路，单相接地时的过渡电阻一般都比较小，对继电保护的灵敏度影响不大。最后从限制谐振过电压的要求考虑，在电缆线路特别长时，有可能出现谐振，若中性点接入适当电阻，则健全相上的异常电压可以得到限制。
　　中性点经低电阻接地的方式，特别是以架空线为主的配电网单相接地时，跳闸次数会大大增加，降低供电可靠性，而对电缆为主的配电因其故障率极低，这个问题不突出。
　　目前，北京等城市配网系统已经逐步采用中性点经低电阻接地的方式，以电缆为主的电容电流达到150A以上的配电网采用低电阻接地方式，相应的故障电流水平为400～1000A。对10kV系统，中性点接地电阻值可取RN=10～20Ω。
　　五、结束语
　　第一，35kV系统由于是采用老式消弧线圈，中性点无阻尼电阻，对于同杆并架线路较多的配电网，容易出现参数谐振过电压，因此在调整消弧线圈脱谐度时应尽量远离谐振区域。
　　第二，对于10kV系统，在电容电流不超过150A的情况下，依旧选择中性点经消弧线圈接地的运行方式，但在今后的新建、扩建工程中应选择原理比较先进的高短路阻抗变压器式消弧系统，而不再选择调匝式消弧线圈。
　　第三，在电容电流很大、变电站全部为电缆出线、配网网架比较强的北戴河地区，应考虑改造为中性点经电阻接地系统运行。
　　第四，对于今后的新建、扩建工程，如果经过测算，系统电容电流达到150A以上，也可考虑中性点经电阻接地方式运行。
　　（作者单位：秦皇岛电力公司变电安装分公司）
               
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