詳述變電站10kV小電阻接地系統(tǒng)代替消弧線圈接地的優(yōu)勢(shì)

李振圖

摘 要：隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)接地系統(tǒng)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的消弧線圈接地模式存在自身的缺陷和不足，需要探究一種全新的接地方式，小電阻接地系統(tǒng)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，文章通過對(duì)比消弧線圈接地和小電阻接地系統(tǒng)接地的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)分析了變電站小電阻接地系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：變電站；10kV小電阻接地系統(tǒng)；消弧線圈；接地優(yōu)勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0066-02

Abstract： With the expansion of power system construction， the requirements for grounding system become higher and higher. The traditional arc-suppression coil grounding mode has its own defects and deficiencies， so it is necessary to explore a new grounding mode. The small resistance grounding system has its unique advantages. This paper analyzes the advantages of the substation's small resistance grounding system by comparing the grounding characteristics of the arc-suppression coil grounding system and the small resistance grounding system.

Keywords： 10kV small resistance grounding system in substation； arc suppression coil； grounding advantage

前言

現(xiàn)代城市的建設(shè)與社會(huì)的發(fā)展，市區(qū)配網(wǎng)系統(tǒng)越來越多地引進(jìn)電纜線路，線路電流流量持續(xù)增長，導(dǎo)致消弧線圈容量變小，間歇性弧光接地過電壓持續(xù)變大，使得消弧線圈接地系統(tǒng)無法達(dá)到理想的接地效果，在這種情況下則需要研究出一種全新的接地方式，小電阻接地系統(tǒng)正在被推廣和使用。近年來，更多的變電站接受改造與升級(jí)，轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娮杞拥兀鄬?duì)于消弧線圈接地有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

1 消弧線圈接地特點(diǎn)分析

消弧線圈接地是配網(wǎng)系統(tǒng)較為古老的接地方式，這一接地模式下，單相接地狀態(tài)下，三相電壓始終處于均衡狀態(tài)，其中經(jīng)過故障點(diǎn)的電流通常較小，通常小于10A，依然能夠維持各個(gè)用戶的持續(xù)用電，也就是系統(tǒng)能夠帶著故障持續(xù)故障兩小時(shí)，這樣就為故障的定位與查找創(chuàng)造條件，對(duì)應(yīng)的瞬間接地故障也會(huì)部件，確保了安全、穩(wěn)定供電。然而，城區(qū)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，用電量持續(xù)增加，對(duì)應(yīng)的線路電流流量持續(xù)增大，對(duì)應(yīng)的消弧線圈容量卻在逐漸縮小，間歇性弧光接地過電壓不斷變大，此時(shí)消弧線圈接地效果則相對(duì)有限。

消弧線圈接地獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：單相接地狀態(tài)下，消弧線圈能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行電流補(bǔ)償，以此來控制接地點(diǎn)的電流，從而消滅電弧，維持系統(tǒng)持續(xù)工作兩小時(shí)，確保安全供電。然而，因?yàn)榉枪收舷喙ゎl電壓不斷上升，使得設(shè)備絕緣受到影響，進(jìn)而造成絕緣度較弱的環(huán)節(jié)被擊穿，嚴(yán)重情況下升級(jí)為相間短路，導(dǎo)致故障增加。這就需要提高設(shè)備的絕緣度，無形中提升了設(shè)備的運(yùn)行成本。然而，如果單相接地持續(xù)發(fā)生，消弧線圈不斷地補(bǔ)償電流，雖然接地處電流變小，卻難以從中定位故障線，單純地經(jīng)驗(yàn)性地查找故障難以達(dá)到目標(biāo)，可能導(dǎo)致非故障線用戶瞬間停電，如果此母線出線量超出特定標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)延長拉路查找時(shí)間。甚至可能發(fā)生人身安全問題，特別是系統(tǒng)持續(xù)地對(duì)接地點(diǎn)提供電能，無形中會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)。相反，若間歇性接地，則可能造成系統(tǒng)過電壓，導(dǎo)致各相設(shè)備的受損。由于電容、電流不斷上升，消弧線圈則要持續(xù)地?cái)U(kuò)大容量，使得造價(jià)提高。10kV配網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)較為復(fù)雜的操作，消弧線圈分接頭無法靈活調(diào)整，從而發(fā)生諧振問題。

2 小電阻接地特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

電纜的大規(guī)模使用，導(dǎo)致系統(tǒng)電容不斷增加，對(duì)應(yīng)的架空線路電容可以通過以下公式：Ic=（2.7-3.3）×Un×L×10-3（1）電纜線路的電流可以依照下面公式計(jì)算：Ic=0.1×Un×L（2）

Un-線路額定電壓，L-線路長度，通過上面公式得出：公式（2）是公式（1）的35倍，對(duì)于電纜大范圍覆蓋的配網(wǎng)系統(tǒng)，要想有效控制消弧線圈接地的問題，則可以推廣小電阻接地系統(tǒng)。具體的接地方法如下圖1所示：

觀察上圖1，將特定電阻連在曲折變中性點(diǎn)和大地中間，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，途徑接地點(diǎn)的電流則可以開啟零序保護(hù)，從而有效地阻斷線路。

2.1 降低過電壓

中性點(diǎn)接地電阻、線路對(duì)地電容形成一個(gè)回路，能夠?qū)?yīng)放出電容電荷。因?yàn)殡娮鑼儆诟吣芎脑O(shè)備，能夠有效控制諧振過電壓、間歇性電弧過電壓。線路單相接地過程中，中性點(diǎn)要經(jīng)過小電阻接地，中性點(diǎn)的電位則低于相電壓，從而積極地控制非故障相電壓。接地電弧熄滅，殘留的零序電荷則可以從中性點(diǎn)電阻線路釋放出去。所以，即便再次發(fā)生燃弧，過電壓幅值和常規(guī)條件下所出現(xiàn)的單相接地異常情況大致相當(dāng)，這樣就控制了經(jīng)消弧線圈接地的弊端，不會(huì)因?yàn)榉磸?fù)地點(diǎn)燃、熄滅電弧而出現(xiàn)的電壓驟升的問題，也就是有效地抑制了過電壓。

2.2 增強(qiáng)設(shè)備絕緣度

因?yàn)橄到y(tǒng)工頻電壓上升，暫態(tài)過電壓倍數(shù)下降，同時(shí)，避雷器的保護(hù)能力超強(qiáng)，這樣就控制了雷電過電壓、操作過電壓。然而，小電阻接地系統(tǒng)中的相關(guān)電氣設(shè)備、元件等受到較低的過電壓，未發(fā)生故障的相承受過電壓短，這樣就控制了系統(tǒng)設(shè)備的絕緣需求，控制了成本，延長了設(shè)備的使用周期，使得系統(tǒng)的運(yùn)行效率、水平等都有所增強(qiáng)。

2.3 高效切斷故障

系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，接地點(diǎn)和曲折變中性點(diǎn)之間形成電流通路，繼電保護(hù)設(shè)備采用零序電流可以高效、精準(zhǔn)地定位故障，從而在第一時(shí)間來切掉故障，使得單相故障維持穩(wěn)定，不會(huì)繼續(xù)上升為相間故障，控制了由于拉路查找而出現(xiàn)的操作過電壓，即便操作人員不小心高壓觸電，因?yàn)樾‰娮杞拥叵到y(tǒng)具備高效切除電源的能力，也不會(huì)發(fā)生人身安全問題。

3 保護(hù)配置與整定

3.1 接地電阻值

接地電阻值具體設(shè)計(jì)需要從多方面考慮：第一，繼電保護(hù)的技術(shù)等級(jí)；第二，電氣裝置、通訊等受到的故障電流等的干擾；第三，故障對(duì)供電系統(tǒng)、人身等帶來的威脅和危害。這就意味著電阻值要控制得適度得當(dāng)，過大則可能造成單相接地時(shí)，接地電流變小，因?yàn)槭艿竭^度電阻的干擾，使得零序保護(hù)也無法充分發(fā)揮保護(hù)功能，同時(shí)，電阻過大還可能導(dǎo)致單相接地故障發(fā)生時(shí)，出現(xiàn)諧振過電壓。相反，阻值變小則能有效地控制弧光過壓，電阻值也不能太低，因?yàn)檫@樣可能出現(xiàn)接地時(shí)，跨步電壓的變大，根據(jù)接地短路電流小于600A的規(guī)范和規(guī)定，可以將電阻值設(shè)定為10Ω，對(duì)應(yīng)的接地電流：

3.2 饋線與電容器零序保護(hù)

母線鏈接元件具體是指：電容器、出線、變壓器，需要設(shè)計(jì)兩段零序電流進(jìn)行保護(hù)，其中I段電流定值能夠更加敏捷地識(shí)別接地故障，和鄰近零序一段保護(hù)之間相互配合，其中以此整定值達(dá)到120A，保護(hù)動(dòng)作的時(shí)長能夠很好地配合零序保護(hù)，其中要照顧到設(shè)備熱穩(wěn)定的需求，可以將時(shí)間控制在0.6s，這樣切斷單相接地故障的時(shí)長也就達(dá)到了基本的安全標(biāo)準(zhǔn)。零序二段定值則也能有效地識(shí)別其所處線路電阻接地，避開電容電流，也能和鄰近元件的零序保護(hù)二段定值有效配合。I2=60A，其發(fā)出動(dòng)作的時(shí)間和線路相間過流保護(hù)一致。

3.3 接地變保護(hù)

接地變的零序電流保護(hù)，具體是指：主變低壓側(cè)引線下方，例如：母線到不同出線開關(guān)零序CT間的一次設(shè)備的主保護(hù)，也是出線接地故障的后方，如果出線開關(guān)拒動(dòng)，則可以及時(shí)切掉接地變的零序保護(hù)。

接地變?cè)O(shè)計(jì)了兩段零序保護(hù)，其中一段電流定值確保發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以及時(shí)地做出反應(yīng)，同下一級(jí)二段零序保護(hù)互動(dòng)，此時(shí)，I1=60A，動(dòng)作發(fā)出時(shí)間超過母線不同連接元件零序二段動(dòng)作的最長時(shí)間，t1=1.2s。一段零序保護(hù)動(dòng)作。零序二段根據(jù)單相高阻接地靈敏程度加以整定，能夠避開線路電容電流，I2=60A，動(dòng)作時(shí)間也要同零序一段之間有個(gè)差，t2=1.5s，二段跳主變低壓段開關(guān)，同時(shí)閉合10kV備自投。如果發(fā)現(xiàn)故障越級(jí)問題，不管出于哪種原因，呈現(xiàn)出：故障線路開關(guān)沒有切斷，母聯(lián)自投依舊可以重合至故障點(diǎn)。如果母聯(lián)自投，萬一臨近的母線接地變零序一段保護(hù)沒有準(zhǔn)確動(dòng)作，跳開母線，則可能造成變電站低壓端徹底斷電，使得故障影響范圍變大。

3.4 母聯(lián)和備自投保護(hù)

需要將零序過流保護(hù)安裝在母線充電合閘中，使其成為空充母線過程中，單相接地故障的主體保護(hù)，10kV備自投以后，則應(yīng)配置經(jīng)零序電壓閉鎖的零序電流保護(hù)，使其成為單相接地的主體保護(hù)。因?yàn)?0kV母聯(lián)開關(guān)通常缺少單獨(dú)的充電保護(hù)，可以啟動(dòng)備自投設(shè)備的充電保護(hù)，其中免去了零序電流與電壓，因?yàn)榈蛪貉b置不會(huì)對(duì)切除時(shí)間長短有特殊規(guī)定，同時(shí)，備自投后，無法達(dá)到加速效果，此時(shí)應(yīng)該免去零序的添加。

4 結(jié)束語

同消弧線圈接地相比，小電阻接地系統(tǒng)有著更多的優(yōu)勢(shì)，其使用范圍更廣，能夠適應(yīng)多電纜線路、電流較高的變電站，而且此系統(tǒng)能夠有效地控制系統(tǒng)過電壓，最快地切掉單相接地故障。當(dāng)發(fā)現(xiàn)非常規(guī)故障時(shí)，也可以結(jié)合小電阻接地的運(yùn)行特征，參照科學(xué)原理來加以處理，提高了故障處理效率。

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