配电网柔性接地技术

配电网柔性接地技术

简上超

(广东电网有限责任公司茂名化州供电局广东化州525100)

摘要：中压配电网是中国电力系统的重要组成部分，中性点接地方式直接关系到配电网的安全运行状态。本文分析了我国几种传统的配电网中性点接地方法，研究了一种基于传统接地方式的新型柔性接地方法。本文通过PSCAD/EMTDC仿真软件的大量建模和仿真，得到了柔性接地方法及其相关影响因素的优点。

关键词：配电网；中性点接地；PSCAD；柔性接地

1配电网接地方式概述

中国中压配电网的应用主要有以下接地方式：

1．1中性点不接地方式

中性点不接地，操作简单，结构不复杂。当发生接地故障时，故障电流很小，允许故障操作两个小时，并且电源可靠性高。但是，由于中性点不形成通向地面的路径，因此系统中存储在地电容中的能量不会被释放。另外，中性点不接地方法将面临长时间运行故障，可能导致间歇性电弧接地过电压，从而导致事故。

1．2中性点谐振接地

中心点谐振接地方法，即在中性点和地之间连接消弧线圈，可以使故障点处的残余流量更小，达到自然消弧的目的。然而，系统中间歇性电弧过电压的可能性仅通过消弧线圈的接入而降低，并且不能完全消除。此外，如果由于故障电流在电网中发生永久性接地故障体积小，功能不明显，难以实现故障定位和故障点的快速定位。

1．3中性点经电阻接地方式

由于连接在中性点和大点之间的电阻有助于谐振电阻和电容器电荷的放电，所以可以有效地防止谐振过电压和间歇电弧接地过电压。然而，当接地电阻低时，故障电流非常大，这可能导致地电位增加，引起通信干扰并危及个人设备安全。

1．4中性点柔性接地方式

由于上述三种传统配电网中性点接地方法固有的内在缺陷，我国一些研究机构已开始提出并研究中性点柔性接地技术。中性点柔性接地技术基于传统的接地方法，在其基础上改进。同时，采用了通过消弧线圈接地和通过电阻器接地的优点，并且相互补偿了不足之处。现有研究结果表明，中性点柔性接地方法在抑制故障过电压和提高故障选线精度方面具有一定的优势。同时，它可以降低线路跳闸率，提高系统的稳定性，具有很高的研究和实用价值。

2柔性接地技术研究

2．1工作原理

采用中性点柔性接地技术，电阻器并联在原始消弧线圈两侧。经过一段时间后，输入电阻，原理如图1所示。其中，EA为A相的等效电势；r为接地点的过渡电阻；ID为流过的电流；IC∑为系统的等效电容；IC∑为流过C∑的电流；L为消弧线圈；IL为流过L的电流；Rn为中性点并联电阻；IRn为流经Rn的电流。施加Rn电阻后，U0电网中性点电压变为：从等式（1）可以看出，在施加小电阻之后系统的中性点电压降低。

图1

2．2柔性接地装置组成

中性点柔性接地装置的设备主要由三部分组成：接地电阻，控制器和自动调谐消弧线圈如图2所示。

图2中：A是Z型变压器，用于提供系统中性点;L为消弧线圈；R1为接地电阻；R2为选线电阻器；PT0是中性点电压互感器，并获得中性点偏移电压;CT0为中性点电流互感器，并获得中性点电流;PT是母线电压互感器，它获得母线电压和开路三角电压。分析并计算由电压和电流互感器测量的数据并与设定值进行比较。

3柔性接地技术特性研究

3.1建立PSCAD仿真模型，研究柔性接地方法的运行特性。其中，电压源采用110KV理想电压源；变压器比率为110/10.5，采用三角星形连接;配电网采用三条电缆线退出线路，并使用仿真模型中的PI参数模块。线路末端采用FixedLoad模块模拟负荷；第三线发生单相接地故障，距离母线2.8km，故障发生时间为0.1s;变压器的中性点采用柔性接地方式，采用断路器BRK和逻辑控制模块伪电阻和消弧线圈的切换。

3．2仿真结果

运行仿真模型时，单相金属接地故障在0.1s内发生在配电网络中，并且在一定延迟（设定为0.2s）后输入并联电阻。故障点电压波形如图4所示。可以看出，在输入电阻（输入电阻为14.192KV之前系统的最大电压幅值，输出电阻）后，过电压幅度显着降低，输入电阻后，系统的最大电压幅值为10.096KV），表明柔性接地方法在抑制瞬态过电压方面效果良好。以下研究了不同因素对柔性接地方法的影响。

（1）过渡电阻对柔性接地的影响。主要研究了永久性金属断层和非金属断层对单相接地故障柔性接地的影响。在模拟中，金属接地故障的过渡电阻设置为2Ω，非金属接地故障的过渡电阻分别设置为100Ω和500Ω。

可以得出如下结论：1在金属接地故障和非金属接地故障下，输入小电阻后可以有效。

确定故障点过电压幅度。2访问电阻后，不同的故障类型对过电压有不同的抑制作用。过电压幅度抑制效果最明显，减少了1.57倍。过渡电阻越大，系统故障点的过电压幅度越小。

图4

（2）电阻输入时刻对柔性地面的影响。仿真频率为50Hz，周期为0．02s，故

障发生时设定A相的相位为0°，在金属接地故障和非金属接地故障（过渡电阻100Ω）的情况下，在一个周期内平均将10个时间点输入电阻器，以计算每种情况下故障点的电压（见图5（a），图5（b））。由图5可知：1金属接地故障和非金属接地故障，电阻输入时间会影响系统电压，其中金属接地故障影响较小。2当中性点电压为零时，系统过电压最小。

（3）输入电阻大小对柔性接地的影响。柔性接地装置的输入电阻的电阻值分别设定为2Ω和10Ω，并进行模拟验证。由表4可知：1接地装置部分输入不同的电阻，故障点电压和中性点电流也不同。输入电阻越大，故障点电压越大，中性点电流越小。2故障点电压越小，中性点电流越小，这在实际应用中更有利。

表4投入电阻阻值不同情况下的故障点电压幅值与中性点电流幅值

4结论

在分析我国传统中性点接地方法的基础上，深入研究了一种新的接地方法，并通过PSCAD仿真软件建立了10KV配电网络模型。仿真验证了新型柔性接地方法在工程应用中的优势。此外，通过仿真验证了可能影响柔性接地方法的因素：对每个影响因子模拟过渡电阻的大小，故障类型，电阻输入的时刻，输入电阻的大小等，并得出相应的结论。

参考文献:

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