智能接地配電系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

摘要為了更好地應(yīng)用智能接地配電系統(tǒng)處理中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地故障，對(duì)智能接地配電系統(tǒng)應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究。論述了一種接地故障相的軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷控制有效抑制操作過程可能發(fā)生的強(qiáng)烈暫態(tài)過程、并避免因選相錯(cuò)誤導(dǎo)致兩相短路接地的方法。對(duì)智能接地裝置設(shè)計(jì)了開關(guān)柜結(jié)構(gòu)、戶外箱變結(jié)構(gòu)和柱上箱變結(jié)構(gòu)3種結(jié)構(gòu)形式和4種接入方式。探討了智能接地裝置的接入斷路器的繼電保護(hù)問題。討論了智能接地配電系統(tǒng)的安全性問題。0?引言我國(guó)配電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)非有效接地方式，即使永久性單相接地，也可以保持正常的線電壓為用戶維持一段時(shí)間供電。在單相接地故障處理方面的研究和關(guān)注點(diǎn)大都聚焦在單相接地選線和定位方面，已經(jīng)取得了一些研究成果，但是選線和定位并非單相接地故障處理的全部?jī)?nèi)容，因?yàn)閱蜗嘟拥貢r(shí)經(jīng)常伴隨著電弧，在未準(zhǔn)確獲知電弧已經(jīng)可靠熄滅的情況下，很難做出跳閘還是維持供電的決策。智能接地配電系統(tǒng)是一種有效的解決方案，它不僅有助于解決小電流接地系統(tǒng)單相接地選線和定位困難問題，并且熄弧更加可靠。為了方便實(shí)際應(yīng)用，本文重點(diǎn)論述智能接地配電系統(tǒng)應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。1?智能接地配電系統(tǒng)的基本原理智能接地配電系統(tǒng)的核心是配置智能接地裝置并通過斷路器接入變電站中。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生單相接地后，智能接地裝置控制接地故障相金屬性接地，從而可靠熄滅電弧。經(jīng)短暫延時(shí)后斷開金屬性接地以判斷是否為永久性接地，若是瞬時(shí)性單相接地故障則不進(jìn)行后續(xù)步驟，處理完畢。若是永久性單相接地故障則控制中性點(diǎn)投入中電阻以增大接地點(diǎn)上游的零序電流實(shí)現(xiàn)單相接地選線和定位；選線和定位完成后，退出該中電阻，然后：1）對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障少的地區(qū)，可控制接地故障相再次金屬性接地從而可靠熄滅電弧，此時(shí)相應(yīng)的配電子網(wǎng)即工作在金屬性單相接地的無(wú)電弧安全狀態(tài)，可以安全地為用戶供電，為負(fù)荷轉(zhuǎn)移爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，保障用戶的供電可靠性。2）對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障頻發(fā)的地區(qū)，為了不至于擴(kuò)大故障的影響范圍，一旦確定為永久性單相接地，在選線和定位過程中應(yīng)通過零序保護(hù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)開關(guān)跳閘，切除永久性單相接地故障，而不再控制接地故障相再次金屬性接地。2關(guān)鍵技術(shù)問題2.1軟開關(guān)X相接地開關(guān)的組成見圖1。其中，K1、K2為開關(guān)，R為過渡電阻。圖1X相接地軟開關(guān)的構(gòu)成當(dāng)需要將X相金屬性接地時(shí)，先控制合開關(guān)K1，將該相過渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制合開關(guān)K2，實(shí)現(xiàn)X相金屬性接地。上述過程稱為“軟導(dǎo)通”。當(dāng)需要斷開X相金屬性接地時(shí)，先控制分開關(guān)K2，將該相過渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制分開關(guān)K1，實(shí)現(xiàn)相與地徹底斷開。上述過程稱為“軟開斷”。接地故障相的軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷控制可以有效抑制操作過程可能發(fā)生的強(qiáng)烈暫態(tài)過程，避免對(duì)電氣設(shè)備的損害。接地故障相的軟導(dǎo)通控制還可及時(shí)發(fā)現(xiàn)單相接地選相錯(cuò)誤，若合錯(cuò)相可以及時(shí)終止后續(xù)過程，并打開K1，重新進(jìn)行單相接地選相。這樣就可以有效避免因選相錯(cuò)誤導(dǎo)致兩相短路接地的風(fēng)險(xiǎn)，使其具有單相接地故障選相的容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。2.2?智能接地裝置的結(jié)構(gòu)形式為了適應(yīng)不同場(chǎng)合的安裝需求，智能接地裝置可以采取以下3種結(jié)構(gòu)形式。2.2.1結(jié)構(gòu)一：開關(guān)柜結(jié)構(gòu)若變配電站內(nèi)有足夠的空間，智能接地裝置可采用開關(guān)柜安裝的方式。開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的智能接地裝置可以采用單獨(dú)組柜安裝方式，也可以和其他開關(guān)柜（如KYN28柜）并柜安裝，需敷設(shè)高壓電纜、控制電源、電壓信號(hào)、通信線纜。對(duì)于自帶接地變壓器（簡(jiǎn)稱接地變）和消弧線圈的情形，智能接地裝置由2臺(tái)柜體組成，需要占用2個(gè)間隔。柜體寬度分別1200mm和1000m，即總寬度為

2200mm。對(duì)于利用變電站內(nèi)接地變和消弧線圈的情形，智能接地裝置由1臺(tái)柜體組成，需要占用1個(gè)間隔。2.2.2結(jié)構(gòu)二：戶外箱式變壓器結(jié)構(gòu)若變配電站室內(nèi)沒有有足夠的空間，智能接地裝置可采用戶外箱式變壓器（簡(jiǎn)稱箱變）式結(jié)構(gòu)。戶外箱變結(jié)構(gòu)的智能接地裝置安裝在變配電站室外，通過高壓電纜和出線開關(guān)連接，其結(jié)構(gòu)示意見圖2。需敷設(shè)高壓電纜、控制電源、電壓信號(hào)、通信線纜。圖2戶外箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置2.2.3結(jié)構(gòu)三：柱上箱變結(jié)構(gòu)若變配電站內(nèi)空間有限，無(wú)法在地面安裝智能接地裝置，可采用體積小，重量輕的柱上箱變式結(jié)構(gòu)的智能接地裝置。柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的組成和安裝示意分別見圖3和圖4。圖3柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的組成圖4柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的安裝2.3智能接地裝置的接入方式無(wú)論何種結(jié)構(gòu)形式，智能接地裝置都宜經(jīng)過一臺(tái)斷路器（稱為“接入斷路器”）接入母線，當(dāng)智能接地裝置內(nèi)部故障時(shí)，該斷路器跳閘切除智能接地裝置。根據(jù)系統(tǒng)配置情況及變配電站的物理空間，智能接地裝置接入系統(tǒng)可以采用圖5所示的4種方式。

圖5智能接地裝置接入的4種方式方式一：適用于現(xiàn)場(chǎng)有可用備用出線柜的情況。此種情況下，智能接地裝置可以采用結(jié)構(gòu)一（開關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，并獨(dú)占一臺(tái)出線斷路器。這種方式具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是變電站需減少一條饋線。方式二：利用現(xiàn)場(chǎng)的接地變壓器出線柜的情況。此種情況下，智能接地裝置可以采用結(jié)構(gòu)一（開關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，共用一臺(tái)出線斷路器。這種方式不需要占用變電站出線間隔，但是接地變子系統(tǒng)故障時(shí)也會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)造成接地變子系統(tǒng)停運(yùn)。方式三：智能接地裝置采用結(jié)構(gòu)一（開關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，從一條10kV出線T接，共用一臺(tái)出線斷路器。這種方式不需要占用變電站出線間隔，但是饋線故障導(dǎo)致其出線斷路器跳閘時(shí)會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)造成饋線停運(yùn)。方式四：在變配電站內(nèi)沒有空間的情況下，智能接地裝置采用結(jié)構(gòu)三（柱上箱變）的安裝方式接在饋線上。這種方式不需要改變變電站內(nèi)原有配置，但是可靠性較差。饋線故障導(dǎo)致智能接地裝置接入位置停電時(shí)會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)影響?zhàn)伨€正常供電。2.4繼電保護(hù)當(dāng)智能接地裝置內(nèi)部故障時(shí)，配置在接入斷路器的繼電保護(hù)裝置必須迅速動(dòng)作，使該斷路器跳閘切除含有故障的智能接地裝置。而對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障少的地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)生了永久性單相接地的情形，智能接地裝置最終將其控制成為金屬性單相接地狀態(tài)維持為用戶短暫供電，此時(shí)若該配電子網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)健全相又發(fā)生了接地，則構(gòu)成兩相短路接地。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)由接地饋線上的相應(yīng)斷路器跳閘，而不應(yīng)由智能接地裝置的接入斷路器跳閘。因?yàn)榧词怪悄芙拥匮b置的接入斷路器跳閘，因饋線上永久性接地仍存在，并不能切除故障而仍需要相應(yīng)饋線斷路器跳閘，并且智能接地裝置的接入斷路器跳閘后，該配電子網(wǎng)絡(luò)的其余健全饋線將喪失智能接地裝置的

作用。對(duì)于接入方式一和方式二，比較容易區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，可采用的判據(jù)為：若接入斷路器處流過兩相及以上短路電流，則可判定為智能接地裝置等內(nèi)部故障，此時(shí)瞬時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘切除故障。若接入斷路器處僅流過單相短路電流，則可判定為配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，此時(shí)不啟動(dòng)瞬時(shí)速斷保護(hù)，而僅啟動(dòng)延時(shí)速斷保護(hù)（延時(shí)時(shí)間大于饋線斷路器的動(dòng)作時(shí)間），而由饋線斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘切除故障，隨后接入斷路器即可返回。對(duì)于接入方式三和方式四，因與饋線共用出線斷路器，上述判據(jù)對(duì)于智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地的區(qū)分雖然不能百分之百地實(shí)現(xiàn)，但是絕大多數(shù)情況下還是可以實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)除了智能接地裝置接入的饋線以外的其余饋線上或饋線間發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)仍能可靠地區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。當(dāng)智能接地裝置接入的饋線與其他饋線間發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)仍能可靠地區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。只有當(dāng)智能接地裝置接入的饋線上發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)不能區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。2.5安全性智能接地配電系統(tǒng)可有效避免因間歇性弧光接地處理不及時(shí)而引發(fā)的兩相短路接地故障。雖然將接地故障相強(qiáng)制金屬性接地，會(huì)使健全相對(duì)地的電壓水平升高，但這是一種穩(wěn)定狀態(tài)，健全相對(duì)地不會(huì)超過線電壓水平，絕緣裕量很大，不會(huì)造成健全相對(duì)地絕緣擊穿。而在間歇性弧光接地情況下，隨著電弧熄滅和重燃會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的暫態(tài)過程，所引起的健全相對(duì)地的暫態(tài)過電壓水平有可能高達(dá)4.0p.u．以上，是造成健全相對(duì)地絕緣擊穿而引發(fā)兩相短路接地的主要原因。3結(jié)語(yǔ)智能接地配電系統(tǒng)是單相接地故障處理的有效手段，發(fā)生單相接地故障時(shí)，可及時(shí)可靠熄滅電弧，并且便于實(shí)現(xiàn)選線和定位。接地故障相的軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷控制可有效抑制操作過