【摘要】配电网的中性点接地方法是一个多因素的技术问题，一直是国内和国际研究的热点。传统小电阻接地系统在高阻接地或间歇接地故障时接地电流非常小，不满足零序电流保护要求，这种现象长时间会烧毁电阻器。针对这种现象，提出一种新型小电阻接地系统。在分析 10 kV 配电网中性点小电阻接地技术的结构和特点的基础上，用 Matlab 对新型小电阻接地系统进行仿真。仿真证明，新型小电阻接地系统比传统的小电阻接地系统更加安全可靠，对我国配电网自动化的发展可以提供参考和借鉴。
【关键词】10kV配网；中性点；小电阻接地系统
1小电阻接地系统组成
中性点小电阻接地系统由接地变和小电阻组成。如果通过小电阻接地，只需将小电阻连接到变电站10kV母线的中性点即可。在正常操作期间，小电阻不起作用。当在配电网络系统中发生单相接地故障时，中性点处的小电阻在线路和接地点之间形成回路，并且连接位置流过足够大的零序电流，10kV配电网线路的零序保护切除故障线路。电路图如图1所示。
接地变通常采用Z型接地变。即将三相铁芯柱每个芯柱上的绕组平均分为两部分，三相绕组根据Z型连接成星型接线，特点在于：1)正序和负序电流表现出高阻抗(相当于励磁阻抗)，并且只有很小的励磁电流流过绕组。2)由于在每个铁芯柱上的两个绕组缠绕为相反方向，当同一铁芯柱上的两个绕组流过相同的零序电流，两个绕组产生相互抵消的磁通。因此，零序电流呈现低阻抗(等效漏抗)。绕组上的零序电流电压降很小。变电站中性点接地电阻系统由接地变、接地电阻、零序互感器(部分配有电阻器监视装置)等组成。
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2新型小电阻接地系统
2.1新型接地电阻器
为了解决小电阻接地系统接地电阻由于长期积热导致的烧毁问题，提出了新型接地电阻的概念。图2是新型电阻器简图。
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根据变压器的原理，当晶闸管关闭和导通时，新的接地电阻可以等效为如图3(a)和(b)所示。在图中，R1表示变压器一次侧的电阻；表示二次侧的电阻值折算到一次侧的电阻；表示变压器一次侧的漏电抗；表示一次侧折算到二次侧漏电抗；Rm表示励磁电阻；Xm表示励磁电抗；变压器绕组采用铁丝制成(高阻材料)，但为了满足小电阻接地条件，一些低压绕组采用反绕。因此，当晶闸管导通时，新的接地电阻将为12Ω。当晶闸管断开时，新的接地电阻相当于较大的阻抗。
当中性点电压低于阈值电压UG时，晶闸管断开，新的接地电阻在地线处具有较高的阻抗，并且在电阻中流过较小的电流，电阻器不会出现长时间发热烧坏问题，配电网络可以继续安全运行。当中性电压高于阈值电压UG时，晶闸管接通，新的接地电阻将为12Ω。此时，接地电流大，故障线路的故障特性变得较为明显，过流保护可立即切除故障线路。
一般小电阻接地系统对过电流保护值进行设置来保证电力系统安全运行。新型小电阻接地系统主要对阈值电压UG进行调整，如果中性电压低于阈值电压，则配电网络以高阻状态运行。中性点电压高于阈值电压，晶闸管导通，则配电网络以小电阻状态运行。
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2.2新型小电阻接地系统设计
10kV中压配电网具有两种运行状态。
(1)配电网运行正常。中性点的位移电压0.5%到1.5%Uph之间。只要偏差在5%范围内，对系统影响可忽略，设备和负荷可安全运行。因此，新型小电阻接地系统对电压阈值UG的选择应根据变电站的实际情况。因此，配电网正常运行期间，晶闸管关闭，系统工作在大阻抗状态，流过的电流非常小。
(2)配电网发生接地故障。根据过渡电阻的不同，有两种类型：1)在金属接地故障或接地过渡电阻很小时，UO>UG，晶闸管接通，新的接地电阻为12Ω。故障线路电流非常高，过流保护把故障线路切除；2)存在较大的过渡电阻，UO<UG，高阻接地状态。相比于普通小电阻接地系统，新型小电阻接地系统呈现成高阻抗，流过的电流非常小，不会损坏电阻，该系统可以持续安全运行。
3新型小电阻接地系统
在一个实际的电力系统中，10kV总线上有多个支路，但是这些线路的长度、参数、负载等可能不同。在不影响分析结果的情况下，多分支系统就简化为只有三个分支的配电网。发生单相短路接地故障(A相接地)在第三条支路，这条支路就是故障线路，其他两个分支是非故障线路。使用Matlab建立仿真模型。
系统供电参数如下：110kV三相供电，经过110/10kV的Y/Δ接线变压器后，系统母线电压降至10kV。将接地变压器连接到10kV母线，并在中性点和地之间连接一个新型电阻器。三条电线都是电缆线，电力电缆参数如下。
零序参数：R0=0.234Ω/km，L0=0.335mH/km，C0=0.265μF/km
正序参数：R1=0.031Ω/km，L1=0.096mH/km，C1=0.338μF/km
在仿真变电站的实际情况下，1号线总长度为15km，2号线总长度为17km，3号线配有短路接地模块，全长15km(上端10km，下端5km)。在将电流和电压模块放置在每条线路上之后，在线路的末端施加三相负载。由于我国低压配电网的中性点直接接地，高压侧不接地，低压侧负载平衡对中压配电网没有影响。在分析零序故障特征分量时，可以将其视为空载，并在仿真模型中设置小负载功率，这样负载阻抗就非常大，线路可看成空载状态。通过分析可知，电阻大小对系统的运行和故障特征影响很大。下面对接地电阻分别为0Ω、50Ω和500Ω情况进行仿真。均在A相t=0.02s时发生接地故障。
3.1接地电阻为0Ω仿真分析
当系统正常工作时，中性线对地电压低于1kV系统阈值电压，晶闸管处于关断状态，系统工作在高阻状态。发生A相接地故障后，故障相电压降至500V，中性点电压升至5300V，大于1000V阈值电压。当中性点电压超过阈值电压时，晶闸管导通，系统呈现小电阻状态。流过电阻的电流为438A，非故障线路2的零序电流为22A，故障线路3的零序电流为435A，电流较为明显，过电流保护执行，切除故障线路3。
3.2接地电阻为50Ω仿真分析
当接地电阻为50Ω，则故障相电压将升至4653V，中性点电压将降至1110V(金属性接地)，这与理论分析的结果相同。当中性电压超过阈值电压时，晶闸管导通，流过接地电阻的电流92A，非故障线路2的零序电流为4.7A，故障线3的零序电流为91A，电流变化明显，执行过电流保护并切除故障线3。
3.3接地电阻为500Ω仿真分析
当接地电阻为500Ω时，故障相的电压是5657V，这已接近系统的正常运行。中性点电压为955V，由于中性点电压低于1kV阈值电压，晶闸管保持截止，系统呈大阻抗状态。线路2零相电流4.1A，线路3的零相电流7.8A，相位差为180°，这与理论分析相同。此时，过电流保护不动作，小电阻接地系统的接地电阻大多在这种情况下由于长期蓄热而烧坏。然而，新型小电阻接地系统成大阻抗状态，电阻流过电流仅为0.29A，电阻器不会烧坏，新型小电阻接地系统接地方式安全可靠。
结语
综上，通过10kV配网中性点小电阻接地系统的应用和推广，其能够有效的减少设备的损坏和安全事故的发生，因此对于提升人民群众的生命安全有着非常大的帮助。
参考文献：
[1]顾韧,闫少波,10kV配电网中性点经小电阻接地方式分析[J].电工电气,2015(5):37-40.
[2]付晓奇,徐粮珍,赵宝丽.10kV配网中性点小电阻接地技术与应用电力系统保护与控制[J].2014,12(01):45-47.
论文作者:李勇新,钟敏娣
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
标签：电阻论文; 电流论文; 电压论文; 系统论文; 故障论文; 晶闸管论文; 阈值论文; 《电力设备》2019年第20期论文;