茅偉杰，楊辰飆，姜 萌，曹 紅，朱佩琳

（1.國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600；2.國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201707）

0 引言

城市配電網(wǎng)建設過程中，隨著電纜使用量、架空線路長度的增加，以及城市架空線路入地工程的實施，需重視配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇[1]。不同國家和地區(qū)配電網(wǎng)中性點的接地方式存在著差異性[2]，例如美國以低電阻接地和直接接地為主；日本22 kV架空線以電阻接地為主，電纜線路則通過消弧線圈或低電阻接地。國內(nèi)如江蘇省主要采用經(jīng)消弧線圈接地或不接地方式[3]；廣東省某些城區(qū)主要采用中性點經(jīng)低電阻接地，某些郊區(qū)則采用經(jīng)消弧線圈接地或中性點不接地[4-5]。文獻[6]介紹了城區(qū)配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇，文獻[7]對20 kV配電網(wǎng)中性點接地方式改造中設備的選型和系統(tǒng)運行等問題進行了分析。現(xiàn)有的研究主要側(cè)重理論研究，對站內(nèi)改造綜合性研究較少。

隨著松江地區(qū)電網(wǎng)的快速發(fā)展，新變電站建設與老舊變電站改造同步進行，電纜占比率不斷提高，需對電纜密集區(qū)的城區(qū)變電站進行中性點接地方式改造?；诖?，本文分析了松江地區(qū)配電網(wǎng)中性點接地方式的運行現(xiàn)狀，以某110 kV變電站為例，介紹了松江城區(qū)變電站中性點接地系統(tǒng)改造方案，為其他城市配電網(wǎng)接地系統(tǒng)改造提供參考。

1 松江地區(qū)配電網(wǎng)中性點接地方式現(xiàn)狀

目前，松江地區(qū)配電網(wǎng)系統(tǒng)主要由23座110 kV變電站、41座35kV變電站、500多座10kV開關站等組成。

64座變電站中，主變壓器（主變）10 kV中性點接地方式主要有3種：2座35 kV變電站中性點采用不接地方式，11座變電站中性點采用經(jīng)低電阻接地方式，51座變電站采用經(jīng)消弧線圈接地方式（含經(jīng)接地變壓器接地）。截至2020年底，松江地區(qū)配電網(wǎng)中性點3種接地方式，所占比例如圖1所示。

圖1 松江地區(qū)配電網(wǎng)中性點3種接地方式占比

由圖1可見，松江地區(qū)配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地方式占比為80%，而在2020年度對消弧線圈例行巡檢過程中，共計巡檢維護112臺消弧線圈裝置，其中出現(xiàn)欠補償?shù)挠?7臺，占比約為15.2%。

1.1 不接地系統(tǒng)

該地區(qū)采用中性點不接地方式的變電站主要是在運30年左右的老站，且以老城區(qū)為主。發(fā)生單相接地故障時，采用中性點不接地方式能夠保證系統(tǒng)三相平衡，并持續(xù)運行2 h，但是易造成過電壓，損壞系統(tǒng)絕緣，且當電容電流較大時，電弧不易熄滅。中性點不接地系統(tǒng)典型接線方式如圖2所示。

圖2 中性點不接地系統(tǒng)

在由架空線路組成的配電系統(tǒng)中，當配電網(wǎng)單相接地故障電容電流不大于10 A時，通常采用中性點不接地方式。

1.2 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

中性點采用經(jīng)消弧線圈接地方式的變電站主要是1990—2015年投運的。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可以利用消弧線圈產(chǎn)生的感性電流有效補償接地電容電流，易于熄滅電弧；當系統(tǒng)中電纜率較高時，考慮到消弧線圈補償能力相對有限，需要防止系統(tǒng)出現(xiàn)諧振。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)典型接線方式如圖3所示。

圖3 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

經(jīng)消弧線圈接地方式需要連接主變10 kV中性點。針對部分主變10 kV側(cè)采用三角形接線方式無中性點引出線的問題，則需要通過接地變壓器人為設置一個中性點，此時經(jīng)接地變壓器（接地變）連接消弧線圈接地，如圖4所示。

圖4 中性點經(jīng)接地變壓器消弧線圈接地系統(tǒng)

當發(fā)生單相接地故障時，不同類型線路組成的配電網(wǎng)單相接地電容電流限制有所不同。中性點經(jīng)消弧線圈接地裝置主要應用于單相接地故障電容電流大于10 A的架空線路組成的配電網(wǎng)，單相接地故障電容電流大于30 A的電纜線路組成的配電網(wǎng)，發(fā)生單相接地故障仍需持續(xù)運行的也應選用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

1.3 經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)

隨著城市電纜占比升高，低電阻接地方式由于具備單相接地故障快速切斷和不會出現(xiàn)串聯(lián)諧振問題等優(yōu)點，得到了廣泛應用。松江地區(qū)新投運變電站大多采用中性點經(jīng)低電阻接地方式。此外針對部分變電站出現(xiàn)欠補償運行的情況，在運欠補償經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)也在逐步改造成經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)。新投運和改造后中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)典型接線方式如圖5所示。

圖5 中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)

低電阻接地系統(tǒng)主要應用于單相接地故障電容電流大于100 A，單相接地故障電流諧波分量大于4%且接地故障電容電流大于75 A，以及電網(wǎng)不確定性較大、電容電流增長較快，自動化程度較高的城市電網(wǎng)。

2 低電阻改造案例分析

本文以某110 kV變電站10 kV中性點接地系統(tǒng)改造為例，介紹低電阻改造方案。該變電站于2010年8月投運，配備2臺50 MVA主變壓器，110 kV側(cè)采用單母分段接線方式，10 kV系統(tǒng)采用單母四分段接線方式，接有24回出線，2臺站用變壓器，4臺電容器、4回主變進線及4回電壓互感器間隔。主變10 kV中性點經(jīng)消弧線圈接地。1號和2號消弧線圈最大補償電流為80 A。改造前110 kV變電站一次接線如圖6所示。

圖6 改造前110 kV變電站一次接線圖

2.1 變電站運行現(xiàn)狀

隨著變電站周邊地區(qū)經(jīng)濟增長，10 kV配電網(wǎng)的快速發(fā)展和電纜率不斷提升，變電站母線電容電流快速增大，10 kV母線電容電流長期欠補償運行。

1）變電站母線電容電流長期處于欠補償狀態(tài)，易引起諧振過電壓，造成弧光短路燒壞設備。

2）電容電流過大，已有的補償不能將電容電流有效控制在允許范圍內(nèi)，導致中性點電壓偏高，易引起母線三相電壓不平衡，造成電能質(zhì)量降低，并引發(fā)其他設備類隱患。

3）運行中時常發(fā)生調(diào)檔拒動，存在控制器故障、采樣不準、檔位自動控制及選線不準等缺陷。

該變電站4段母線電容電流測量值如表1所示。由表1可見，母線電容電流逐年增大，根據(jù)《上海電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則（試行）》的規(guī)定，單段供電母線接地容性電流超過100 A時，變電站10 kV系統(tǒng)中性點應采用經(jīng)低電阻接地方式。因此需將該變電站1號和2號主變10 kV中性點經(jīng)消弧線圈接地方式改造為經(jīng)低電阻接地方式，并同步開通主變保護、饋線保護、電容器保護、站用變壓器保護、10 kV分段自切后加速零序電流保護功能，同時下級開關站內(nèi)保護加裝零序電流保護。

表1 10 kV母線電容電流測量值

2.2 接地系統(tǒng)改造方案

該變電站改造時，一次部分拆除1號和2號主變中性點消弧線圈，裝設接地電阻成套裝置。綜合繼電保護靈敏性、故障時人身安全、對通信影響等因素，選用電阻值為5.7 Ω的10 kV接地電阻成套柜。二次部分新增零序電流保護功能，涉及主變、饋線、電容器、站用變壓器（站用變）以及分段自切等，變電站下級開關站需同步加裝零序電流保護功能。

工程實施過程中站內(nèi)操作安排如下：

1）合上10 kVⅠ段和Ⅳ段分段開關、10 kVⅡ段和Ⅲ段分段開關，由1號主變帶全站出線負荷。

2）2號主變停運，新增10 kV低電阻設備，并同步開通Ⅲ段、Ⅳ段母線設備零序電流保護功能。主變保護、饋線保護、電容器保護、站用變保護、10 kV分段自切后加速開通零序電流保護。

3）2號主變復役，合上10 kVⅠ段和Ⅳ段分段開關、10 kVⅡ段和Ⅲ段分段開關，由2號主變帶全站出線負荷。

4）1號主變停運，新增10 kV低電阻設備，并同步開通Ⅰ段、Ⅱ段母線設備零序電流保護功能。主變保護、饋線保護、電容器保護、站用變保護、10 kV分段自切后加速開通零序電流保護。

5）停電設備復役，本變電站操作項目完成。

6）下級開關站結合變電站出線改造，一并實施，當天停送電。下級開關站保護加裝零序電流保護。

改造完成后接線如圖7所示。

圖7 中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)

2.3 接地系統(tǒng)改造成效

改造完成后，2021年1月至7月間，該變電站共發(fā)生饋線故障14次，涉及10條線路。其中，單相接地故障5次，涉及5條線路，保護正確動作5次，正確動作率為100%。

3 結語

電纜率的增加會對原有變電站內(nèi)母線電容電流補償產(chǎn)生影響，消弧線圈補償能力有限，原有消弧線圈已無法有效補償接地電容電流，成為電網(wǎng)穩(wěn)定運行的隱患。本文分析了松江地區(qū)接地系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，針對目前存在的欠補償問題，介紹了某110 kV變電站接地系統(tǒng)改造方案，為其他地區(qū)接地系統(tǒng)改造提供參考。