10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的演變與智能配電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系

陳 銳

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮供電局，廣東 云浮 527300）

1 蘇、美、中國10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式歷史發(fā)展

每個(gè)國家的用電需求和分配方式都有著很大的差別，所以關(guān)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇需要結(jié)合自身特點(diǎn)進(jìn)行考量。

通過查閱相關(guān)資料可以了解到，原蘇聯(lián)會(huì)在一些特別的情況下使用中性點(diǎn)不接地方式，如6 kV電網(wǎng)單相接地電流在30 A以下的情況、15～20 kV電網(wǎng)單相接地電流在15 A以下的情況等，當(dāng)單相地接地電流比上數(shù)值大時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)為采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式。

20世紀(jì)20年代至40年代，美國大范圍使用了中性點(diǎn)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(jì)80年代，我國和原蘇聯(lián)的合作十分密切，在接地方式上也參照了蘇聯(lián)的模式，在3～66 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)中采用了不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種方式。20世紀(jì)80年代以后，我國的各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展快速，電網(wǎng)在全國范圍內(nèi)逐漸完善，10 kV配電網(wǎng)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(yùn)輸要求，經(jīng)常出現(xiàn)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(jīng)電阻接地方式提高了10 kV電纜的絕緣水平；1995年，深圳市結(jié)合深圳本地10 kV電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行，實(shí)施了10 kV電網(wǎng)的低電阻接地工程；上海市也在20世紀(jì)90年代對35 kV及以下配電網(wǎng)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(yīng)用起來。

2 各種10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地運(yùn)行方式優(yōu)、缺點(diǎn)對比

（1）在電網(wǎng)單相接地且電流在30 A以下配電網(wǎng)中，目前主要應(yīng)用中性點(diǎn)不接地方式。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)可以看到，中性點(diǎn)不接地方式最突出的優(yōu)點(diǎn)在于高可靠性和穩(wěn)定性，即使出現(xiàn)故障也可以再持續(xù)運(yùn)行2 h之久，足夠技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)并解決問題。且中性點(diǎn)不接地方式出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)經(jīng)過的電容電路基本不會(huì)對信息系統(tǒng)形成干擾。但中性點(diǎn)不接地方式應(yīng)用的配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障的情況下有產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓的可能性，容易出現(xiàn)短路。

（2）在單相接地且電流超過30 A的配電網(wǎng)中目前主應(yīng)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(diǎn)，能夠補(bǔ)償電容電流，使電壓恢復(fù)到穩(wěn)定水平。同時(shí)，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(lián)時(shí)可以抑制鐵磁諧。但是，消弧線圈接地方式全補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)，會(huì)放大中性點(diǎn)位移電壓，出現(xiàn)“虛幻接地”的問題。消弧線圈接地方式應(yīng)用于單相接地配電網(wǎng)中的故障選線準(zhǔn)確率也很低。

（3）在單相接地且電流小于30 A配電網(wǎng)中主要應(yīng)用中性點(diǎn)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(xiàn)象，使電壓保持在安全范圍。

（4）純電纜網(wǎng)絡(luò)或以電纜為主的配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不宜在架空網(wǎng)絡(luò)或架空電纜混合網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。這種方式的優(yōu)勢是可以將暫態(tài)過電壓和電壓倍數(shù)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(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地并聯(lián)電阻接可以將這兩種接地方式的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合，從而限制暫態(tài)過電壓并準(zhǔn)確地確定故障選線。同時(shí)，接入中性點(diǎn)接地電阻能夠?qū)⒍嘤嗟碾姾舍尫懦鰜?，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(zhǔn)確、完善的故障選線信息。

3 本地區(qū)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式演變與智能配電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系

20世紀(jì)90年代前，本地區(qū)10 kV配電網(wǎng)一般都采用中性點(diǎn)不接地的方式。結(jié)構(gòu)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(yùn)行2 h。但是缺點(diǎn)也很明顯：嚴(yán)重威脅設(shè)備、人身的安全，設(shè)想在人口密集地區(qū)高壓線斷落后橫跨道路運(yùn)行2 h，不敢想象造成的嚴(yán)重后果。

隨著地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及珠三角的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，配電網(wǎng)的容量日益增大，發(fā)生接地時(shí)，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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式因其優(yōu)勢得到了普遍的應(yīng)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(diǎn)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(jīng)過接地點(diǎn)的電流值是經(jīng)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(diǎn)避免產(chǎn)生弧光作用，從而避免過電壓的產(chǎn)生。但使用過程中漸漸發(fā)現(xiàn)這種方式的缺點(diǎn)：因級差、零序有功分量以及測量準(zhǔn)確性的影響，由消弧線圈本身帶來的附加接地殘流的計(jì)量結(jié)果偏差較大，造成選線功能發(fā)出的告警信號不準(zhǔn)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(shí)代的進(jìn)步，安全文化快速發(fā)展，以人為本成為共識。配電網(wǎng)運(yùn)行對人身安全的要求越來越高，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式在發(fā)生接地故障時(shí)能快速斷開故障線路，從這個(gè)角度而言，完全符合這一時(shí)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(jīng)小電阻接地共有37套。經(jīng)消弧線圈接地的，改造為消弧線圈并小電阻接地，共56套。經(jīng)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(jì)投入運(yùn)行后三年的接地故障正確切斷率為99.9%，只有遠(yuǎn)離電源點(diǎn)的高阻接地判斷正確率不穩(wěn)定。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式雖有諸多優(yōu)點(diǎn)但也存在一個(gè)明顯的缺陷：它不能根據(jù)故障的性質(zhì)做出區(qū)分處理，對于瞬間性故障和永久性故障，都會(huì)出現(xiàn)變電站開關(guān)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(wù)質(zhì)量大受影響。這個(gè)缺陷與電網(wǎng)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(yùn)可能與其他方式一樣漸漸被時(shí)代拋棄。

技術(shù)創(chuàng)新一直在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，這次也不例外。智能電網(wǎng)作為新興產(chǎn)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(wǎng)技術(shù)中的10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用為例，短短幾年時(shí)間，便將10 kV配電網(wǎng)這片自動(dòng)化死角蛻變成為可以實(shí)現(xiàn)“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙視）的智能電網(wǎng)。智能配電網(wǎng)以10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)為基礎(chǔ)，再配合繼電保護(hù)裝置的改良以及繼電保護(hù)原理的創(chuàng)新。同時(shí)，在線路分段開關(guān)應(yīng)用斷路器設(shè)置常規(guī)保護(hù)（過電流、零序電流、二次重合閘）與負(fù)荷開關(guān)自動(dòng)化邏輯保護(hù)配合，基本克服了這個(gè)缺陷。

具體地，首先利用變電站饋線開關(guān)與線路支線斷路器在保護(hù)定值與動(dòng)作時(shí)間上的配合，設(shè)置傳統(tǒng)常規(guī)的繼電保護(hù)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(hù)裝置，在支線發(fā)生接地等故障時(shí)，能夠在整定的動(dòng)作時(shí)間切斷支線斷路器，避免變電站饋線開關(guān)動(dòng)作跳閘，實(shí)現(xiàn)了快速隔離故障點(diǎn)，盡量縮小停電范圍。

傳統(tǒng)常規(guī)的繼電保護(hù)裝置配置及整定原則---應(yīng)用實(shí)例。

配網(wǎng)線路過流、零流保護(hù)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(hù)和二次重合閘功能；（2）負(fù)荷開關(guān)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?nèi)萘? 000 kVA。過流I段、過流II段、零流保護(hù)整定如圖1所示。

圖1 10 kV線路常規(guī)繼電保護(hù)裝置配置及整定原則

其次，利用變電站饋線開關(guān)與主線路分段開關(guān)（包括負(fù)荷開關(guān)與斷路器）及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自動(dòng)化邏輯保護(hù)配合。10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)邏輯保護(hù)的工作原理是饋線失壓，分段器依時(shí)間順序試合，確定并隔離故障區(qū)段、恢復(fù)非故障段。通過變電站饋線開關(guān)一次重合閘隔離故障，變電站饋線開關(guān)兩次重合閘恢復(fù)供電。當(dāng)線路某段出現(xiàn)故障時(shí)，10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)邏輯保護(hù)能夠?qū)收系奈恢眠M(jìn)行自動(dòng)化定位，并對故障范圍進(jìn)行隔離處理，對非故障線路也能夠用最快的速度恢復(fù)供電。

10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)邏輯保護(hù)配置及整定原則---應(yīng)用實(shí)例。

10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)邏輯保護(hù)配置及整定如圖2所示。

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

圖2 10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)邏輯保護(hù)配置及整定原則

4 結(jié) 論

我國的電力供應(yīng)能力在世界中處于前列，在配電網(wǎng)不斷完善和發(fā)展的過程中，嘗試過多種中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式，每一種方式都有著各自適用的范圍和限制。事實(shí)上，任何中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的應(yīng)用普及，都是技術(shù)創(chuàng)新起推動(dòng)作用。特別是智能電網(wǎng)作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)崛起后，智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展更是一日千里，智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新也是日新月異。縱觀本地區(qū)10 kV配電網(wǎng)（這里專指變電站10 kV母線）基本全面采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式的演變過程，在背后推動(dòng)的科技創(chuàng)新力量就是智能電網(wǎng)技術(shù)中的10 kV配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。