（1.身份证号码：51322919701129xxxx；2.身份证号码：51322119740304xxxx）
摘要：随着威州地区社会经济发展，由威州35kv变电站承担供电任务的威州35kv配电网分布越来越广，出现接地短路故障次数也越来越多，由此引发设备频繁发生故障。并且随着配电网数量的增多，室内开关柜也得到了大量的使用，电缆出线比例逐年增多，导致对地电容电流剧增。当线路发生单相接地故障时，伴随配网过电压的升高，电容电流增大，引发开关柜烧毁、电缆爆炸、重要线路跳闸停电等事故发生，严重影响地区安全和可靠供电，对城乡居民生活造成了影响。为保障安全、可靠和连续的供电，根据该供区35kv配电网情况，设计了一套能够抑制配电网过电压的控制系统。经过现场试验及运行验证，证明此系统的有效性以及装置开发的实用性。
关键词：智能配电网；过电压抑制；接地选线；调匝式调节消弧线圈；波形测量；
一、前言
随着社会经济的飞速发展，中压配电网得到迅速的扩展。35kV配电网分布越来越广，大多数35kV及10kV的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。在这种运行方式下，A、B、C三相对地的电压都是相电压，当发生单相接地时，接地相的电压对地为零，其他两相对地电压升高为线电压。根据我国电力行业标准DL/T620-1997的规定，发生单相接地故障时，允许继续运行2小时。但由于过电压，很可能造成配网中的其他设备绝缘击穿，将事故扩大，所以在发生单相接地故障时，抑制系统过电压，能对电网的运行安全起到很好的保护作用。
二、中性点接地方式及特征
35kv配电网的内部过电压问题与其中性点接地方式密切相关，而中性点接地方式的选择是一个综合性的技术问题，直接关系到电力设备的绝缘水平、过电压水平、供电可靠性、通信干扰、接地保护方式、人身及设备安全等，是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。由于历史技术发展原因，目前存在两种具有代表性的解决方式，一种以德国为首的中性点经消弧线圈接地系统，这种方式可以减少对通信线路的干扰和保障铁路信号的正确动作。另外一种是以美国为首的采用中性点直接接地或者经过低电阻、低电抗等接地方式，配合快速继电保护和开关装置等设备，瞬间对故障线路进行隔断。在我国，以中性点不接地和经消弧线圈接地方式为代表的配电网非有效接地方式，在供电可靠性、人身设备安全和电磁兼容性等方面占有优势，但是也存在着过电压水平高、难以实现接地故障检测等问题。中性点直接接地或者经电阻接地方式有利于限制过电压水平，接地故障易于检测，但是这种接地方式下故障电流大，存在着对于人身设备安全威胁大和电磁兼容性等问题。而中性点经消弧线圈并联电阻接地的方式弥补了经消弧线圈接地或经电阻接地单一运行方式的不足，使其既有利于瞬时故障熄弧，限制甚至消除发生间歇性弧光接地及其它谐振过电压的可能性，又便于对永久性接地故障的检测。
在中性点不接地系统中，导线折断发生断线故障有三种形式：断线不接地、断线电源侧接地和断线负荷侧接地。按照这三种方式，分别画出其等值电路如图1所示：
图1 三种断线方式的等值电路
对典型35kV配电网的仿真结果表明：
a）当断线不接地时，断点两侧都有可能出现过电压，最高可达3.2p.u.；
b）当断线电源侧接地时，产生的过电压最高，其值可达8.0p.u.；
c）当断线负荷侧接地时，故障相电源侧和非故障相都有可能出现过电压。
2.2 中性点经消弧线圈接地系统的断线谐振过电压
在补偿网络中，如果消弧线圈只接在电源变压器的中性点上，断线后的共振回路比较复杂，其中起主要作用的仍可能是负载变压器的励磁电感。因此不论消弧线圈整定在欠补偿或过补偿状态，当负载变压器处在空载或轻载条件下，断线的结果都有可能激发起幅值较高的共振过电压。大量现场事故也说明了这一点。
通过对典型35kV配电网的计算数值进行仿真，结合对消弧线圈补偿系统非全相断线故障的稳态分析，可以得到如下结果：
a）在中性点经消弧线圈接地运行方式下，发生断线不接地和断线负荷侧接地故障时，虽然消弧线圈电感值L远小于负载变压器的励磁电感，但由于系统中性点的电压抬高，仍有可能使负载变压器的励磁电感饱和从而产生较高的过电压，其值最高可达5.2p.u.。
b）电网中性点经消弧线圈接地运行方式下，断线故障引起三相严重不平衡会导致较高的中性点位移电压，其最高值可达2.3p.u.。
c）发生断线不接地或断线负荷侧接地故障时，过补偿电网中不对称度的增大，对中性点偏移电压的影响将由于脱谐度的增大而得到抑制；而对于欠补偿电网来说，发生断线故障时，脱谐度的绝对值只有很小的增加，中性点电压就要大得多，从而导致断线谐振过电压与中性点不接地时产生的断线谐振过电压比较严重。
d）发生断线电源侧接地时，由于电源内阻抗短接了消弧线圈，使其不起任何作用，断线谐振由负载变压器励磁阻抗决定，其过电压与中性点不接地时断线电源侧接地的情况类似。
2.3 中性点经消弧线圈并联电阻接地系统的断线谐振过电压
对中性点经消弧线圈并联电阻接地系统中，断线故障方式下谐振过电压进行计算，电阻为4200欧姆。由仿真计算结果和电压波形可以得到：
a）中性点经消弧线圈并联4200欧姆电阻方式能够有效限制断线负荷侧接地引起的谐振过电压，其过电压值由经消弧线圈接地方式的2.5p.u.降至1.4p.u.；
b）经波形分析发现，过补偿状态和欠补偿状态下发生断线负荷侧接地故障时，系统均能较快达到稳态，且稳态后过补偿状态要比欠补偿状态过电压幅值低（脱谐度分别为 0.25，0.2，0.1，0.05相互比较）；
c）通过脱谐度分别为-0.25，-0.2，-0.1，-0.05时发生断线负荷侧接地故障的过电压波形相互比较，发现在过补偿状态下，脱谐度越大，稳态后的过电压水平越低。
计算结果表明，与中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统相比，中性点经消弧线圈并联电阻4200欧姆电阻能够有效限制断线不接地、断线负荷侧接地引起的谐振过电压。而发生断线电源侧接地时，由于电源内阻抗短接了中性点设备，其过电压与中性点不接地时断线电源侧接地的情况类似。
三、系统组成：
3.1消弧线圈
通过以上分析和计算，针对威州35kV变电站中性点采用不接地的方式，实测最大电容电流26.23安培。经分析计算后，确定该变电站的消弧线圈容量为800kVA。主设备由调匝式消弧线圈、35kV中性点、控制器、接地电阻器以及控制屏五部分组成，辅助设备包括单相隔离开关，避雷器，中性点零序电流互感器。
根据消弧线圈的计算公式如下：
其中IC为消弧线圈的额定补偿电流， 为电网的标称运行电压。
3.2中性点接地电阻器
中性点接地电阻器采用线编式高压无感电阻器。该电阻器在底座上设有支撑绝缘子，通过支撑绝缘子连接有框架支撑架，在框架支撑架上固定有若干个由电阻片框架、玻璃丝和电阻丝组成的片状电阻单元。在强磁场环境下可以正常工作，温升低，在各种复杂环境下工作性能稳定可靠。既可以采用室内安装，也可以进行户外安装，在本项目中，将电阻器安装于威州站室外消弧线圈安装处附近。
3.3控制器
主要由主控制器、AD采集模块、DIO采集模块、DIO输出控制模块等构成，其中主控制器、AD采集模块和DIO采集模块组成了系统控制器的测控部分，主要完成的所有测量与控制任务，即测量系统的电容电流及调节控制消弧线圈的档位。
3.4选线配置
从配电网单相接地故障时的机理出发，针对35kV出线零序电流互感器误差大及不易安装零序电流互感器的问题，考虑接地点存在过渡电阻的普遍性，研究各相电流互感器组成零序电流滤过器带来的误差的特点，利用小波分析方法在暂态分析中的优势和特点，在此基础上研制35kV接地故障监视与诊断装置，可在配电网发生单相接地故障时迅速、准确选出接地线路名称，缩短电网异常运行时间，并可根据现场运行要求切除接地故障线路，保障非故障线路安全运行，从根本上提高配电网的供电可靠性、安全性、经济性和连续性。
四、实际运行效果
本次试验选择威州变电站绵威线为接地试验线路，接地点确定在绵威线出线处。位置如下图红色字体所示：
从上图可以看到，无功残流绝对值的极小值（即全补偿）发生在2档与3档之间，在做试验前，控制器实时跟随35kV电网的实时工况及电容电流的变化，计算出系统电容电流为13.88安培，电压抑制成套装置的补偿挡位控制在3档，在接地瞬间，以最贴近全补偿的挡位，0秒补偿系统对地电容电流，实测的无功残流仅为1.2安培。
五、结论
通过现场实际实验可以得出，该成套装置对系统的电容电流计算精确，对电网电容电流补偿效果理想，有效抑制了单相接地故障的弧光接地过电压；同时，系统的控制挡位3档十分接近全补偿挡位，系统并没有因此发生串联谐振与虚幻接地现象，说明过电压抑制系统装置，对串联谐振过电压的抑制也十分有效。
此外该系统装置通过半年多实际运行，总共检测到单相接地故障三次，在接地故障发生过程中，整个威州35kV变电站所辖配电网未再发生绝缘击穿，设备烧毁、线路跳闸等现象，切实提高了威州地区供电安全和可靠性。证明了该套系统的有效性和实用性。
参考文献：
[1]小电流接地系统故障定位方法综述[J].苏宏升，张耘川.电源技术.2015（04）
[2]数字化变电站中小电流接地选线装置的设计[J].齐郑，白芮瑄，杨以涵.电力系统自动化.2010（13）
[3]基于改进EMD算法的小电流接地故障选线[J].王磊，骆玮，曹现峰.电气工程学报.2015（08）
[4]EMD及其能量变化曲线在小电流接地系统故障选线中的应用[J].张翠玲，李云路.电测与仪表.2016（15）
[5]直流系统接地故障分析、处理与预防[J].董建华.机械管理开发.2015（08）
[6]零序电压产生机理及过渡电阻测量和选相方法[J].刘宝稳，马宏忠.电网技术.2015（05）
论文作者:康文平1,唐菊红2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/13
标签：过电压论文; 断线论文; 弧线论文; 故障论文; 方式论文; 系统论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第5期论文;