任章鳌，汪霄飞(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

配电网中性点接地方式混连运行分析

任章鳌，汪霄飞
(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

通过建模仿真研究了配电网中性点接地方式混连运行时的调谐过电压以及发生单相接地故障时的系统过电压水平和保护配置及故障选线装置的动作情况。得出了配电网中性点混连运行时的系统过电压水平优于消弧线圈接地方式，与小电阻接地方式一致，仿真结果与实际情况相符；混连接地方式下，发生单相接地故障时，小电阻接地方式保护配置不受影响，消弧线圈接地方式有利于提高故障选线的准确性。

配电网中性点；混连接地；谐振过电压；单相接地故障；故障选线

配电混连运行是指配网系统中不同接地方式(消弧线圈和小电阻接地)的两个变电站或同一站内的不同母线通过联络开关或母联开关合环运行，从而形成两种不同的中性点接地方式同时并存运行的状况。

随着配网规模的不断扩大特别是电缆线路的增多，造成系统电容电流急剧增大。为降低弧光接地过电压发生概率，减少过电压对薄弱绝缘设备的危害，配网10 kV和35 kV系统逐渐由不接地方式改为消弧线圈接地方式或者小电阻接地方式。

一般情况下不同接地方式的配电网系统都是分别独立运行，但为确保供电可靠性指标，部分配电网不同接地方式的变电站采取牵手互联的供电措施，从而使得原本独立运行的系统有可能经联络断路器出现互联现象。另外同一变电站内由于电容电流增长，原有的消弧线圈容量不能满足要求，因此需要将小电阻接地方式替代消弧线圈接地进行改造，在同一个变电站内也有可能出现小电阻接地方式与消弧线圈接地方式经母联开关混连运行的情况。

混连运行是一种配电网系统新的运行方式，较以往的单一的小电阻接地方式或消弧线圈接地方式都有差异，会出现一些有待研究解决的新问题，如系统的过电压水平和故障选线的准确性等。

1 配电网中性点接地方式混连运行时过电压分析

1.1 混连接地系统运行的理论分析

混连运行在小电阻接地系统失压或消弧线圈接地系统失压后，只有一个接地系统有电源，如图1所示。

图1 混连系统

当小电阻接地系统和消弧线圈接地系统通过联络开关连接后，假设某条线路C相发生单相接地故障，过渡电阻为Rg，根据前面对消弧线圈接地系统及小电阻接地系统的分析，可以画出混连系统的等值电路如图2所示。

图2 混连接地系统等值电路

故障点电流是由电网的接地电容电流、小电阻接地系统中性点阻性电流和消弧线圈接地系统中性点感性电流这3个向量合成:

零序电压为:

一般而言，一个系统由一种状态变换(过渡)到另一种状态的时候，必然伴随着某些状态量的变化。消弧线圈在这一过程中，其电压、电流及相角都会发生变化。

消弧线圈两端产生的电压U0称为位移电压，它的计算公式为:

式中 Uun为不平衡电压，为电网不对称度，主要与电网三相对地电容的差异有关，架空线路的KC在0.5～1.5，电缆线路的KC很小；Uφ为系统相电压；γ为脱谐度，与消弧线圈的感抗值和系统对地容抗值有关，反映消弧线圈对电网的补偿状态；d为阻尼率，与线路结构参数有关，正常电网的阻尼率为2%～5%。

在混连运行状态下，因整个系统零序电容较原来消弧线圈接地系统是大幅增加，所以系统的脱谐度也大大增加，导致位移电压减小。

在消弧线圈控制器内增加系统运行模式识别功能，通过实时检测中性点位移电压值，利用上式计算实时的脱谐度，当脱谐度是否到达某一个阈值，即可判断系统是否进入混连运行，消弧线圈控制器可以不再对脱谐度进行控制，以避免分接开关大范围内调整。如控制器无此功能，则需人工干预，可以将控制器退出运行，消弧线圈可任意档运行。当配电系统恢复到独立运行模式时，控制器应进入正常运行状态。

1.2 正常运行时谐振过电压仿真

按照图3所示电路，对消弧线圈调谐时出现的全补偿、过补偿(10%)及欠补偿(10%)三种状态进行仿真。

电路参数:不平衡电压为100 V；电容为25 μF；电感分别为0.4 H(全补偿)、0.35 H(过补偿)、0.45 H(欠补偿)；电阻为0.1Ω。

图3 谐消弧线圈调谐过电压仿真电路

图4 为全补偿时电压波形，频率为50 Hz时，电压值为10 684 V，频率为50.3 Hz时(谐振点)，电压达到100599V。

消弧线圈处于过补偿或欠补偿状态时，电压值衰减很快，只有1 100 V，如图5所示。增大电感支路所串的电阻值为0.5Ω后，过电压基本没有变化。

图5 过补偿、欠补偿时电压波形

在混连状态下，相当于在图3中的电感支路两端并联一个电阻，如图6所示，由于有阻尼电阻导致谐振现象消失，输出电压只有60 V左右。

消弧线圈在调谐至全补偿状态时会出现很高的过电压，而在过补偿和欠补偿状态下不会出现过电压。接地方式混连运行时，由于有小电阻的存在，不会出现高的谐振过电压，中性点位移电压较低，如图7所示。

图6 混连仿真电路

图7 混连状态时的全补电压波形

1.3 混连接地系统单相接地故障过电压分析

该模型所述的2个接地系统分别为前述的消弧线圈接地系统和小电阻接地系统。将其组合起来就形成了图8所示的混连接地系统模型。小电阻接地系统的接地电阻为10Ω，消弧线圈运行在全补偿状态。图9为混连接地故障波形。

由图9看出，混连接地系统时，当过渡电阻为0(金属性接地)时，故障相会出现振荡过程，非故障相电压升高至线电压。当过渡电阻不为0时，故障相的振荡现象明显减弱，非故障相电压降低。

图8 混连接地系统仿真模型

图9 混连接地系统故障波形

2 配电网中性点混连接地系统保护效果及故障选线分析

配电网中性点混连接地系统由消弧线圈接地系统和小电阻接地系统构成。仿真分析时，假定2个系统有1个系统(变电站)已经失压，只有1个电源。整个系统的参数设置与图8相同。

2.1 继电保护效果分析

1)小电阻接地系统中的线路3中的C相在t为0.04 s时刻发生金属性接地短路故障，故障线路的零序参量的变化如图10所示。

图10 零序电流波形

2)消弧线圈接地系统中线路6中的A相在t为0.04 s时刻发生金属性接地短路故障，检验小电阻系统中的线路是否会发生误动，零序电流波形如图11所示。

图11 非故障线路零序电流波形

2.2 消弧线圈接地系统故障选线分析

1)消弧线圈接地系统中的线路6中的A相在t为0.04 s时刻发生金属性接地短路故障，故障线路的零序参量的变化如图12所示。

图12 零序电流波形

2)小电阻接地系统中的线路3中的C相在t为0.04 s时刻发生金属性接地短路故障，检验消弧线圈系统中的线路是否会发生误动，零序电流波形如图13所示。

图13 非故障线路零序电流波形

由图10—13可以看出，系统在混连运行状态下，小电阻接地系统的线路发生故障时，故障线路的零序电流依然较大，能保证继电保护装置的准确动作，不影响原保护参数的配置。消弧线圈接地系统的线路发生单相接地故障时，故障线路的零序电流值增大较多，有利于提高故障选线准确性。

3 结论

1)通过对配电网中性点混连接地方式理论分析和仿真计算得出，配电网中性点小电阻接地方式与消弧线圈接地方式可以混连运行。

2)混连运行时一般情况下无需调整继电保护和选线定值，如需精密配合，则应考虑小电阻保护与消弧线圈选线的保护时间配合问题。

3)配电网中性点混连运行时没有弧光接地过电压和谐振过电压问题，系统过电压水平优于消弧线圈接地方式，与小电阻接地方式系统过电压水平一致。

4)在混连运行状态下，发生单相接地故障时，小电阻接地系统故障电流较大，不影响原保护参数的配置；而消弧线圈接地系统故障线路的零序电流值很大有利于准确选线。

〔1〕申建强.10 kV配电网混合接地方式运行研究〔D〕.长沙:湖南大学，2011.

〔2〕战祥新.基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真的研究〔D〕.青岛:青岛大学，2006.

〔3〕孙式想.小电流系统故障选线的MATLAB仿真〔J〕.科技致富向导，2011(5):47.

Analysis of Hybrid Grounding Operation of Distribution Grid

REN Zhang'ao，WANG Xiaofei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper researches on themodeling and simulation of distribution grid neutral hybrid groundingmode even when runningmixed tuned voltage and single-phase operation over voltage level and protection configuration and fault line selection device when the system grounding fault.It concludes that the system over voltage level is better than the arc suppression coil groundingmode，which is consistentwith the small resistance groundingmethod，and the simulation results are in linewith the actual situation.When single-phase grounding fault occurs in the hybrid grounding mode，the protection configuration of the small resistance groundingmode is not affected，and the groundingmode of arc suppression coil is advantageous to improve the accuracy of fault line selection.

distribution grid neutral；hybrid grounding；resonant over-voltage；single-phase grounding fault；fault line selection

TM862＋.2

B

1008-0198(2017)03-0043-04

任章鳌(1985)，男，博士，工程师，从事高压设备检修、试验及相关研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.012

2016-10-31 改回日期:2016-11-28