变电站10kV小电阻接地系统运行方式分析

引言

以电缆为主体的10kV城市电网,由于电缆线路的对地电容较大,随着线路长度的增加,单相接地电容电流也会增大。现行经消弧线圈接地的配电网中,为补偿越来越大的接地电容电流,消弧线圈增容改造成本逐渐增大,加上消弧线圈小电流选线困难、过电压水平高等缺点,为保障人身和设备安全,江门供电局城市配电网开始逐步推广使用小电阻接地系统,其相比于消弧线圈接地系统更加适用。

1中性点接地方式对比分析

1.1经消弧线圈接地

变电站主变压器10kV侧多为三角形接线方式,当10kV配电网发生单相接地故障时,由于不构成回路,流过故障点的是线路对地电容形成的容性电流,每相对中性点电压及相间的线电压保持不变,整个系统带故障维持运行5h。系统中性点消弧线圈通过产生电感电流补偿对地的电容电流的方式,使流经故障点的电流保持在10A以下,起到消除接地点电弧的作用,有效提高瞬时接地故障时的供电可靠性。

消弧线圈接地方式下,连接消弧线圈各出线的零序电流互感器和电压互感器二次侧接入消弧控制器中,控制器根据中性点位移电压自动调整消弧线圈容量档位,保证电流补偿值合适,同时通过算法选择出接地线路,结合电压不平衡和零序过电流两个启动判据,发出对应线路跳闸指令或信号。

但是,对于以电缆线路为主的城市配电网,瞬时接地故障数量减少。当系统电容电流>V0A时,发生单相接地故障会产生较高的过电压,同时还有可能发生间歇性弧光过电压和谐振过电压,导致各设备受损。而单相接地持续发生时,虽然消弧线圈能保持较小的故障点电流,但在定位故障线路方面准确性不足,系统带故障运行,增加了人身和设备的安全风险。其次,配电网电容电流的增大,也需要不断增大消弧线圈的容量,这就增加了电网改造成本。

1.2经小电阻接地

系统中性点经小电阻接地,发生单相接地故障时,中性点接地电阻与对地电容会构成并联回路,流经故障线路零序电流很大,通过线路自身零序保护就能快速动作切除故障,不存在选线问题。由于能快速隔离故障,故障线路相电压升高的时间很短,减少了人身触电风险,绝缘要求也有所下降。小电阻接地方式中,10kV出线的零序电流互感器只需接入自身线路保护,依靠线路保护自身配置的零序过流或限时速断保护就对线路接地故障有较好的灵敏度,不用配置额外的选线控制器及连接回路。同时电阻为耗能元件,也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件,可有效消除由于各种原因引起的谐振过电压和间歇性接地电弧过电压。

但需要注意的是,中性点采用小电阻接地方式时,故障点的接地电流十分大,故障点附近的跨步电压高达几千伏,如果保护装置没有快速切除故障,容易击穿接地点附近设备的绝缘,引起相间故障或人身事故。同时,对于瞬时性或永久性的单相接地故障,线路保护均会动作跳闸,跳闸次数会增多,从而影响用户的正常供电。

根据小电阻接地方式的上述特点,小电阻接地方式更适用于以电缆为主,瞬时接地故障少,单相接地故障电容电流大的城市配电网。当线路条数的电缆化率>80%,或线路长度的电缆化率>80%时,中性点宜采用小电阻接地方式。

2小电阻接地系统配置

2.1接地小电阻阻值

接地电阻值的选择需要从限制过电压、继电保护灵敏度、通信设备抗干扰能力和人身安全等方面考虑。电阻值过大,单相接地时接地电流变小,继电保护的灵敏度会受到影响:而电阻值过小,故障点电流过大,容易损伤故障点设备以及危及人身安全。从运行安全的角度,根据通用技术规范及设备热稳定要求,10kV配电网出线单相接地最大故障电流需控制在600A以内,对应的接地电阻值如下:

式中,Rn为中性点电阻（Q):U为系统额定电压（k):Ir为单相接地故障电流（A)。

结合江门供电局实际运行情况,中性点经10Q小电阻接地时,单相接地故障产生的跨步电压和接触电压满足安全运行要求。

2.2小电阻接地系统保护配置

要实现小电阻接地系统快速切除单相接地故障的特性,需配置每条出线的零序保护及接地变的零序保护。出线的零序保护作为本线路的单相接地故障保护,其动作电流按躲过线路的单相接地电容电流进行整定:

式中,Idz1为保护动作电流（A):K_k为灵敏系数:Ic1为线路单相接地电容电流（A)。

而接地变的零序保护,作为主变低压侧和母线范围的单相接地故障主保护以及出线单相接地故障的后备保护,设置了两个定时限,第一时限跳开10kV母联开关,同时闭锁10kV母联开关备自投,第二时限跳开主变低压侧开关,将故障点隔离。同时,10kV母联开关通常缺少单独的充电保护,此保护也可以作为空充母线过程中或10kV母联备自投动作时单相接地故障的主保护。保护的动作电流按躲过各条出线中单相接地电容电流最大值来整定:

式中,Icmax为系统中出线单相接地电容电流最大值(A）。

3小电阻接地系统操作注意事项

3.1小电阻接地系统操作要求

根据《广东电网主网调度运行操作管理实施细则》要求:小电阻接地系统原则上不允许不带接地装置和无接地保护运行,正常情况下,接地装置和主变压器须对应运行,在转电倒闸操作过程中,允许两台接地装置短时并列运行。不允许两台或多台小电阻接地装置长时间并列运行是由于发生故障时,不同接地故障点流经各接地变的零序电流并不相同,可能导致接地变保护无法正确切除故障,对电气设备造成危害。同时,当两段或以上不同接地系统的10kV母线并列操作时,应只保留其中一套接地装置运行,退出其他接地装置,并列母线共用相同的接地装置。

特别要注意的是,有多台主变的接线方式下,如图1所示,#2主变低压侧两个分支往往只连接一个小电阻接地装置。在倒闸操作中,如果要求单停其中一个分支552开关,同时不改变其他运行方式,则会出现另一个分支552开关带10kV2M母线运行,而10kV2M母线不带接地装置运行的方式,所以建议不能单停556分支开关,需结合实际保留各段母线带一套接地装置的运行方式。

3.2单相接地故障处理

小电阻接地系统发生单相接地故障,接地变零序保护动作跳开变低开关和10kV母联开关,而所有出线开关无跳闸时,应先隔离故障后再恢复正常供电,注意检查所有出线零序保护的动作情况及母线一次设备情况。如发现有出线的零序保护动作,而出线开关拒动,应隔离故障出线,恢复其他设备供电。

如所有出线零序保护均无动作,应检查该母线的一次设备及接地变零序保护。如无异常,则用短接零序保护的办法,检测该母线上所有出线及附属设备的零序保护是否正常动作:如发现异常,应隔离故障设备,恢复其他设备供电。经以上检查均未发现异常时,可合上变低开关,对出线逐条试送。

3.3小电阻与10kV备自投的配合

在正常接线方式下,当有故障跳开主变变低开关,10kV母联备自投动作合上10kV母联开关时,两段并列母线有两台接地装置并列运行,需及时断开另一套小电阻接地装置。现在出现这一情况时由调控员对小电阻接地装置进行遥控操作,操作时效难以保证。将小电阻接地变开关接入10kV备自投联跳回路,在备自投成功合上母联开关后,结合母联开关及各小电阻接地变开关位置,经一定时限自动跳开相应小电阻接地变开关,可提高故障处置效率。以图1接线方式为例,当10kV5M失压备自投动作后,联跳小电阻接地变53Z开关逻辑图如图2所示。

4结语

综上所述,相比于中性点经消弧线圈接地方式,中性点经小电阻接地运行方式更适用于电缆线路多的城区配网系统。同时,本文对小电阻接地系统的运行配置和操作注意事项进行了分析,提出了增加备自投联跳逻辑的建议,可以提高故障处置效率。