10kV配网中性点小电阻接地系统的研究与设计

龙岩

【摘要】配电网当中中性点的接地方式属于涉及到多方面影响因素的技术性问题，一直以来都是国内电力行业的研究热点话题。传统的小电阻接地系统在高阻接地或间歇性接地故障发生时接地电流相对较小，其无法满足零序电流保护的基础需求，这一种现象在长时间持续时会导致电阻器被烧毁。按照这一现象，基于小电阻接地系统的改进，同时分析10KV配电网中性点小电阻接地技术的结构与特征的同时，采用新型小电阻接地系统进行仿真模拟验证，从而为我国配电网的自动化运行发展提供支持。

【关键词】10kv配网；中性点小电阻接地系统；研究与设计

引言

伴随着近些年电力行业的持续性发展，人们生活中对于电能的依赖性明显提升，同时电力安全性与稳定性也成为了人们高度关注的话题。在我国电力系统当中，10kv中压配电网在配电系统方面的运行具备非常重要的作用，其供电可靠性以及质量水平对于国民经济、群众日常生活有着相当直接的影响，正确的选择中性点接地属于提升配电网运行可靠性以及安全性最为直接的方式，中性点接地属于电力系统安全与经济运行的基础。但是目前在中性点接地方面的仍然存在许多的问题，特别是跳闸率较高并且供电质量较差。对此，探讨10kV配网中性点小电阻接地系统的研究与设计具备显著实践性价值。

1、小电阻接地系统的构成

中性点小电阻接地系统主要是通过接地变与小电阻构成，借助小电阻进行接地时只需要将小电阻连接到变电站10kv母线的中性点即可。在正常操作时小电阻不会发挥作用，但是在配电网系统出现单相接地故障时，中性点的小电阻便会在线路与接地点之间形成回路，从而连接位置呈现出较大零序电流，10kv配电网线路的零序保护并切除故障线路^[1]。接地变一般是基于Z型方式进行接地，也就是基于三相铁芯柱，其中每一个芯柱上涉及到两个绕组，三相绕组可以基于Z型连接成为星型，其特征在于正序、负序列电流表现为高阻抗，只有很小的励磁电流会绕过绕组，因为每一个铁芯柱上的两个绕组会以相反的方向进行缠绕，在同一个铁芯柱的两个绕组流过相同电流时，两个绕组会形成相互抵消的磁通。对此，零序电流会呈现出低阻抗表现，绕组上的零序电流电压非常小。变电站的中性点接地电阻可以基于接地变、接地电阻、零序互感器等构成。因为当代城市供配电系统的持续发展以及断路器连接运行能力的持续提升，小电阻中性点的接地方式开始普遍使用，假设系统当中发生单相接地故障，此时故障电流一般在100A至1000A，按照检测到的故障电流，保护装置可以快速切除配电系统中的接地线，因为故障点很难发展成为多点接地故障，其有利于快速恢复故障线路。在接地故障发火说呢过时，无故障相的电压明显低于线路电压^[2]。另外，这一种接地系统还能够将操作设备与城市通信系统之间保持最大化的隔离。中性点设备的投资成本相对较低，但是又能够保障整个电力系统的安全运行，对于部分加工线路而言，可以应用能自动重合闸装置提升用户供电质量。

2、10kV配网中性点小电阻接地系统的创新研究

2.1新型接地电阻器

为了更好的解决小电阻接系统在接地电阻方面长时间热量积累而导致的燃烧问题，新型接地电阻便显得非常重要。按照变压器的基础原则，在晶闸管关闭与导通时，变压器绕组可以采用基于铁丝组织的高阻材料，但是为了更好的满足小电阻接地条件，部分低压绕组可以应用反绕处理方式。对此，在晶闸管导通时，新的接地电阻可以维持12Ω，在晶闸管断开时接地电阻会明显超过阻抗。在中性点的电压低于阈值电压时，晶闸管断开时新的接地电阻在地线位置会呈现出更高的阻抗，同时在电阻当中流过的电流比较低，电阻器并不会呈现出长时间的燃烧，配电网络可以更好的维持安全运行^[3]。在中性点呀超过了阈值电压时，晶闸管会连通，此时新的电阻为12Ω，此时接地电流较大故障线路表现出的故障特征会更加突出，过流保护的存在会及时切除故障线路。普遍而言，小电阻接地系统可以对电流保护数值进行设置，从而实现对电力系统安全运行的保障。新型的小电阻接地系统主要是针对阈值电压进行调整，假设中性电压未达到阈值电压，则配电网会呈现出高阻抗状态，中性点的电压会超过阈值电压，晶闸管导通时配电网会基于小电阻状态运行。

2.2接地系统设计

采用如图1的小电阻接地系统，其中10kv中压配电网的运行状态主要有两种，在正常情况下，中性点的位移电压在0.%至1.5%Uph之间，但是只要偏差在5%以内，对于整个系统的影响都比较轻微，设备与负荷均能够正常运行。对此，对于新型小电阻接地系统而言，其对于电压阈值的选择需要基于变电站实际情况而决定。对此，配电网正常运行期间晶闸管关闭，系统会呈现出大阻抗状态的运行，流过的电流相对比较低。在接地故障发生时，按照过渡电阻的差异可以划分为两种情况：1、金属接地故障或接地过渡电阻较小时，晶闸管会接通，新的接地电阻为12Ω，此时故障电流会显著提升，过流保护会快速反应并切断线路；2、过渡电阻较大时，高阻接地状态下相对于普通小电阻接地系统而言，这一种新设计方案能够促使整个系统保持高阻抗，此时流过的电流非常低，不会导致阻抗被损坏，系统可以持续维持安全运行。

图1 小电阻接地系统结构图

在实际电力系统运行期间，10kv总线上涉及到的支路比较多，但是这一些线路的长度、参数以及负荷并不相同，在不影响分析结果基础上，多分支系统可以简化成为三个分支配电网，出现但相短路接地故障的第三条支路，支路也就是故障线路，其他两个分支属于非故障线路。在仿真变电站运行情况下，电流与电压模块放置在一个线路上，在线路末端施加三相负荷，因为我国低压配电网的中性点是以直接接地为主，所以高压侧不采取接地，接地侧的负荷平衡对中压配电网无直接影响。在零序故障特征分量分析期间，可以将其当做是空载判断，在仿真模拟当中可以设置小荷载功率，这一种负载阻抗相对较高，线路可以当做是空载状态。在运行期间，接地故障发生时故障相的电压下降到500V，中性点的电压提升到5300V，超过1000V的阈值电压。在中性点电压超过阈值电压时，晶闸管导通此时系统呈现出小电阻状态，流过电流为438A，非故障线路的零序电流为22A，故障线路零序电流435A，电流差异比较突出过电流保护执行时切断了故障线路。在接地电阻为50Ω仿真分析时，故障相的电压提升到4653V，中性点的电压下降到1100V，这和理论分析结果相同。

3、结语

综上所述，小电阻的接地系统在我国城市电网当中的应用比较广泛，但是小电阻接系统在运行期间有一定数量的电阻燃烧风险，这也间接影响了小电阻系统的应用。对于这一问题，可以按照接地电阻的阻抗特征，针对性改进小电阻系统，例如促使中性点低于阈值电压，促使系统呈现出高阻状态，假设中性点的电压超过了阈值电压，系统会呈现出小电阻状态。新型小电阻的接地系统属于保障电力系统设备可靠、安全运行的关键。但是目前这一系统实践经验不足，仍然有许多方面的改进空间，例如探究新型接地电阻器由大阻抗向小电阻状态转换，进一步分析这一些改进方式对于电网运行的影响。

【参考文献】

[1]郭馨慧，唐秀明，周少武.工业10kV电网中性点经小电阻接地方法研究及应用[J].湖南科技大学学报:自然科学版，2021，36(3):73-74.

[2]刘新新.某市区10kV配电网中性点小电阻接地方式改造探讨[J].大众标准化，2020，14(8):24-25.

[3]李凯、康世崴、白茂金.山东电网35kV系统中性点小电阻接地方式分析[J].国网技术学院学报，2020，v.23;No.107(05):13-16.