基于配网自动化的城区电网10kV小电阻接地系统的实际应用

　　摘要：本文通过分析某城区10kV电网实际情况,对比10kV系统各接地方式，最终采用中性点经小电阻接地方式,并阐述应用配网自动化的二次系统迅速在切除接地故障、可靠保护设备和人身安全方面具有优越性。
　　关键词：10kV系统;接地方式;小电阻接地
　　由于经济增长迅速,用电负荷逐年增大，目前该城区所辖110kV变电站3座,主变总容量为330MVA,电网最高负荷12万kW。
　　一、该城区10kV电网主要运行情况分析:
　　由于供电量不断增长,电网结构发生很大变化,架空线路占地较多,影响市容,旧变电站10kV架空出线已大部分进行缆化改造，其中10kV出线31回,10kV配电线路长305km,10KV配电变压器795台,容量308.26MVA。为提高供电的可靠性,10kV全部使用电缆线路,且送电范围越来越小。由于电缆线路零序阻抗较少,10kV配电网络电容电流越来越大。
　　二、该城区10kV电网系统接地方式选择
　　目前根据我国城市电网规划设计导则规定的10kV中性点采用的接地方式主要有:经小电阻接地、经消弧线圈接地、中性点不接地等三种方式，以下是具体接地方式分析：
　　1、中性点经小电阻接地方式
　　中性点经小电阻接地方式就是在中性点接入较小阻值的电阻,该电阻与系统对地电容构成串联回路。由于电阻元件是耗能材料,也是电容电荷释放元件,同时也是系统谐振的阻压元件,所以中性点经电阻接地方式主要有以下特点:
　　a、有效降低单相接地工频过电压和弧光接地过电压，能有效地消除PT谐振过电压；可限制系统中性点电位偏移；利于性能优良的无间隙氧化锌避雷器的广泛应用,从而降低雷击过电压幅值,提高系统运行可靠性和电气设备的运行寿命。利于降低系统设备的绝缘水平,节省电网投资,提高经济效益；
　　b、利于优化化继电保护配置,方便检测接地故障线路、隔离故障点。并能快速切除故障,避免发生人身安全事故和设备事故,具有明显的安全性。
　　c、基于此接线方式的电网运行方式灵活,不受电网运行方式改变而变化的电容电流影响,有利于提高电网的可靠性。
　　2、中性点经消弧线圈接地方式
　　中性点经消弧线圈接地方式即在中性点和地之间加设一电感线圈,目的是利用电感线圈的电感电流补偿接地故障时的容性电流,使接地故障电流减小,以致自动熄弧,保证继续供电。但存在在单相接地故障时,非故障相的对地电压大大升高，若调节不当，事故将进一步发展。
　　3、中性点不接地方式
　　中性点不接地方式下,不用任何附加设备,投资成本小，运行方便,特别适用于以架空出线为主、容性电流较小、结构简单的辐射电网。在发生单相接地故障时,流过故障点的电流仅为电网的对地电容电流。
　　然而，中性点不接地存在明显弱点:因其中性点是绝缘的,系统中对地电容中储存的能量无法释放,当系统对地电容够大时发生弧光接地,故障点的电容电流就自然显著增大,将在接地点产生间歇性电弧,进而引起过电压,使非故障相对地电压大大升高。在电弧接地过电压的作用下,可能导致绝缘损坏,造成两点以上接地故障等,使事故进一步扩大。
　　另外由于系统存在电容和电感元件,在倒闸操作或故障时,很容易引发线性谐振或铁磁谐振。一般说,对于馈线较短的电网会激发起高频谐振,引起较高的谐振电压,特别容易引起电压互感器绝缘击穿;而对于馈线较长的电网会激发起分频铁磁谐振,在分频谐振时电压互感器呈较小阻抗,通过电压互感器的电流成倍增加,就很容易引起熔丝熔断或使电压互感器过热烧毁，进而造成范围更大的系统故障。
　　4、方式比较选择
　　在系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式下，系统发生单相接地故障，允许带故障运行2小时，以便运行人员寻找故障线路和故障点。但在实际中不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。因此快速的寻找接地故障点，隔离故障区域，对提高供电的可靠性，确保电网的安全运行有重大的意义。显然，结合该城区电网实际情况，选择经中性点经小电阻接地方式，对于优化系统运行、提高电网可靠性等均具有显著优势。
　　5、目前主配网采用的接地连接方式
　　目前该城区选择的中性点接地方式运行,连接方式是以下如图（1）所示。由于该城区主变10kV侧为三角形接线,中性点不能直接接地,所以必须加装接地变。
　　
　　图（1）110kV变电站接线方式
　　在这种接线方式下，接地变通过断路器直接接在10kV各段母线上,而其保护不在差动保护范围内；但由于10kV保护配置装有备自投保护,当其中一台主变故障跳闸,在备自投合上分段开关后,变为两组接地及接地电阻并联运行,使得接地电阻变小,将会造成接地保护误动,因此在对备自投保护的整定计算时要考虑到。
　　目前该城区主要以这种运行接线方式为主，运行情况正常，接地故障切除及时，运行操作可靠，接地变保护于主变差动保护、10kV备自投保护相互动作正确，二次设备运行情况良好。
　　三、利用配网自动化技术优化小电阻接地系统的配网运行管理
　　在主配网采用在小电阻接地方式下，接地故障会导致配网各相关线路的立刻停电。因此快速的寻找接地故障点，隔离故障区域，对提高供电的可靠性，确保电网的安全运行有重大的意义。但目前安装于变电站内的接地选线装置在不同接地模式下，许多供电公司仍然采用传统的人工试拉线路选择、巡线登杆摇测等处理办法来查找故障点。
　　由于配网自动化技术的深入发展，利用分布安装于10kV馈线线路各节点上的FTU，对线路电压、电流等进行实时采集，并通过光纤、无线、载波等通讯方法将检测的各种接地特征电气量上送到配电自动化子站或主站。在子站/主站上，全盘考虑，综合应用整个配电线路各节点的特征量，通过模糊技术、人工智能技术、小波技术等方法，寻找故障点，并通过通讯方法控制开关，隔离故障区域，从而大大提高了配电线路接地故障特别是小电流接地故障的检测精确性。
　　1、基于配电自动化的接地故障检测方案
　　由于配电自动化“三遥”改造的需要，在10kV馈线线路上按照负荷分配的要求，分段安装配电终端FTU并进行实时通讯。通过这些FTU检测线路故障下的信息特征量，来进行接地故障的判别。如图2所示的配电线路，在各节点安装FTU，并构成图2所示的配电自动化系统。
　　
　　
　　
　　2、配电线路的FTU具备如下与接地故障检测相关的特性：
　　FTU可快速采集三相电流、三相电压，并从中分解出各种相关的特征量；FTU可同时监测故障电流及正常负荷电流，并具有较高的精度，一般可达到0.2%～0.5%；FTU在检测到故障或测量值变化的情况下，能够主动地向子站、主站传送变化量。配电主站/子站可通过对时命令，使分散于各处的FTU的时间保持一致。配电主站/子站通过通讯可以获得任意点FTU的信息，并综合比较，通过分析FTU处的接地特征量，确定出故障线路及故障区段。
　　对于大电流接地系统（如小电阻接地系统），其故障接地点的判断较为容易，可以把故障电流作为检测接地的特征量。如图2中的FTU2、FTU3之间发生接地故障，则FTU1、FTU2均可检测到较大的接地电流，而FTU3未检测到此电流。这些信息上送到子站后，可较为方便地判断出接地故障点在FTU2、FTU3之间，并能够指出某相发生接地故障。主/子站下发命令，使FTU2、FTU3控制的开关跳闸，隔离故障区域，使接地故障不影响非故障区域的供电。
　　3、配电自动化系统中数据采集及各算法特点
　　配电自动化系统中接地选线点一般采用FTU采集的信息，主、子站判断故障接地区段。FTU采集信息的多少及准确性关系到系统判别的准确性。在FTU中可以采集到下述的各种特征量，并可以提供稳态情况下及瞬态情况下的信息。
　　在配电自动化系统中的各FTU检测到的信息通过通讯上报后，由主站或子站全盘考虑整个配电自动化系统的故障信息，决定是否发生故障及接地区域。其启动量主要有：变电站3U0突变；配电网单点接地状态突变；配电网多点接地状态突变。主站判断系统故障区域的算法可根据实际的通讯方法及电网接地方式、结构来编制不同的接地算法。这些算法主要有：小波变换；模糊算法；人工智能算法。
　　四、结论
　　通过该城区10kV电网实际情况出发,分析各种接地方式利弊，最终采用中性点经小电阻接地方式。经现阶段主配网良好运行证明，其具有明显的优势和效益,能迅速切除接地故障,确保电网可靠、设备安全。
　　采用中性点经小电阻接地方式下的配网接地故障查找隔离故障，已广泛结合利用配电自动化系统中数量众多的分布安装的FTU及快速的通讯判别方式。相比传统的接地选线方法，基于配电自动化的接地区域检测具有的较高性能，在技术上能够很好地解决困扰配电网运行的大小电流接地问题。

《基于配网自动化的城区电网10kV小电阻接地系统的实际应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 基于配网自动化的城区电网10kV小电阻接地系统的实际应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-14398