DQZHAN技術(shù)訊：論述！智能接地配電系統(tǒng)應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
我國(guó)配電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)非有效接地方式，即使長(zhǎng)久性單相接地，也可以保持正常的線電壓為用戶維持一段時(shí)間供電。
在單相接地故障處理方面的研究和關(guān)注點(diǎn)大都聚焦在單相接地選線和定位方面，已經(jīng)取得了一些研究成果，但是選線和定位并非單相接地故障處理的全部?jī)?nèi)容，因?yàn)閱蜗嘟拥貢r(shí)經(jīng)常伴隨著電弧，在未準(zhǔn)確獲知電弧已經(jīng)可靠熄滅的情況下，很難做出跳閘還是維持供電的決策。
智能接地配電系統(tǒng)是一種有效的解決方案，它不僅有助于解決小電流接地系統(tǒng)單相接地選線和定位困難問(wèn)題，并且熄弧更加可靠。
為了方便實(shí)際應(yīng)用，本文重點(diǎn)論述智能接地配電系統(tǒng)應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
1?智能接地配電系統(tǒng)的基本原理
智能接地配電系統(tǒng)的核心是配置智能接地裝置并通過(guò)斷路器接入變電站中。
當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生單相接地后，智能接地裝置控制接地故障相金屬性接地，從而可靠熄滅電弧。
經(jīng)短暫延時(shí)后斷開(kāi)金屬性接地以判斷是否為長(zhǎng)久性接地，若是瞬時(shí)性單相接地故障則不進(jìn)行后續(xù)步驟，處理完畢。
若是長(zhǎng)久性單相接地故障則控制中性點(diǎn)投入中電阻以增大接地點(diǎn)上游的零序電流實(shí)現(xiàn)單相接地選線和定位；選線和定位完成后，退出該中電阻，然后：
1）對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障少的地區(qū)，可控制接地故障相再次金屬性接地從而可靠熄滅電弧，此時(shí)相應(yīng)的配電子網(wǎng)即工作在金屬性單相接地的無(wú)電弧**狀態(tài)，可以**地為用戶供電，為負(fù)荷轉(zhuǎn)移爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，保障用戶的供電可靠性。
2）對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障頻發(fā)的地區(qū)，為了不至于擴(kuò)大故障的影響范圍，一旦確定為長(zhǎng)久性單相接地，在選線和定位過(guò)程中應(yīng)通過(guò)零序保護(hù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)開(kāi)關(guān)跳閘，切除長(zhǎng)久性單相接地故障，而不再控制接地故障相再次金屬性接地。
2 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
2.1軟開(kāi)關(guān)
X相接地開(kāi)關(guān)的組成見(jiàn)圖1。其中，K1、K2為開(kāi)關(guān)，R為過(guò)渡電阻。
圖1 X相接地軟開(kāi)關(guān)的構(gòu)成
當(dāng)需要將X相金屬性接地時(shí)，先控制合開(kāi)關(guān)K1，將該相過(guò)渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制合開(kāi)關(guān)K2，實(shí)現(xiàn)X相金屬性接地。上述過(guò)程稱為“軟導(dǎo)通”。
當(dāng)需要斷開(kāi)X相金屬性接地時(shí)，先控制分開(kāi)關(guān)K2，將該相過(guò)渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制分開(kāi)關(guān)K1，實(shí)現(xiàn)相與地徹底斷開(kāi)。上述過(guò)程稱為“軟開(kāi)斷”。
接地故障相的軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷控制可以有效抑制操作過(guò)程可能發(fā)生的強(qiáng)烈暫態(tài)過(guò)程，避免對(duì)電氣設(shè)備的損害。
接地故障相的軟導(dǎo)通控制還可及時(shí)發(fā)現(xiàn)單相接地選相錯(cuò)誤，若合錯(cuò)相可以及時(shí)終止后續(xù)過(guò)程，并打開(kāi)K1，重新進(jìn)行單相接地選相。這樣就可以有效避免因選相錯(cuò)誤導(dǎo)致兩相短路接地的風(fēng)險(xiǎn)，使其具有單相接地故障選相的容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。
2.2?智能接地裝置的結(jié)構(gòu)形式
為了適應(yīng)不同場(chǎng)合的安裝需求，智能接地裝置可以采取以下3種結(jié)構(gòu)形式。
2.2.1?結(jié)構(gòu)一：開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)
若變配電站內(nèi)有足夠的空間，智能接地裝置可采用開(kāi)關(guān)柜安裝的方式。
開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)的智能接地裝置可以采用單獨(dú)組柜安裝方式，也可以和其他開(kāi)關(guān)柜（如KYN28柜）并柜安裝，需敷設(shè)高壓電纜、控制電源、電壓信號(hào)、通信線纜。
對(duì)于自帶接地變壓器（簡(jiǎn)稱接地變）和消弧線圈的情形，智能接地裝置由2臺(tái)柜體組成，需要占用2個(gè)間隔。柜體寬度分別1200mm和1000m，即總寬度為2200mm。
對(duì)于利用變電站內(nèi)接地變和消弧線圈的情形，智能接地裝置由1臺(tái)柜體組成，需要占用1個(gè)間隔。
2.2.2?結(jié)構(gòu)二：戶外箱式變壓器結(jié)構(gòu)
若變配電站室內(nèi)沒(méi)有有足夠的空間，智能接地裝置可采用戶外箱式變壓器（簡(jiǎn)稱箱變）式結(jié)構(gòu)。
戶外箱變結(jié)構(gòu)的智能接地裝置安裝在變配電站室外，通過(guò)高壓電纜和出線開(kāi)關(guān)連接，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。需敷設(shè)高壓電纜、控制電源、電壓信號(hào)、通信線纜。
圖2 戶外箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置
2.2.3?結(jié)構(gòu)三：柱上箱變結(jié)構(gòu)
若變配電站內(nèi)空間有限，無(wú)法在地面安裝智能接地裝置，可采用體積小，重量輕的柱上箱變式結(jié)構(gòu)的智能接地裝置。
柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的組成和安裝示意分別見(jiàn)圖3和圖4。
圖3 柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的組成
圖4 柱上箱變結(jié)構(gòu)智能接地裝置的安裝
2.3智能接地裝置的接入方式
無(wú)論何種結(jié)構(gòu)形式，智能接地裝置都宜經(jīng)過(guò)一臺(tái)斷路器（稱為“接入斷路器”）接入母線，當(dāng)智能接地裝置內(nèi)部故障時(shí)，該斷路器跳閘切除智能接地裝置。
根據(jù)系統(tǒng)配置情況及變配電站的物理空間，智能接地裝置接入系統(tǒng)可以采用圖5所示的4種方式。
方式一：適用于現(xiàn)場(chǎng)有可用備用出線柜的情況。此種情況下，智能接地裝置可以采用結(jié)構(gòu)一（開(kāi)關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，并獨(dú)占一臺(tái)出線斷路器。
這種方式具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是變電站需減少一條饋線。
方式二：利用現(xiàn)場(chǎng)的接地變壓器出線柜的情況。此種情況下，智能接地裝置可以采用結(jié)構(gòu)一（開(kāi)關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，共用一臺(tái)出線斷路器。
這種方式不需要占用變電站出線間隔，但是接地變子系統(tǒng)故障時(shí)也會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)造成接地變子系統(tǒng)停運(yùn)。
方式三：智能接地裝置采用結(jié)構(gòu)一（開(kāi)關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，從一條10kV出線T接，共用一臺(tái)出線斷路器。
這種方式不需要占用變電站出線間隔，但是饋線故障導(dǎo)致其出線斷路器跳閘時(shí)會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)造成饋線停運(yùn)。
方式四：在變配電站內(nèi)沒(méi)有空間的情況下，智能接地裝置采用結(jié)構(gòu)三（柱上箱變）的安裝方式接在饋線上。
這種方式不需要改變變電站內(nèi)原有配置，但是可靠性較差。饋線故障導(dǎo)致智能接地裝置接入位置停電時(shí)會(huì)造成智能接地裝置停運(yùn)，智能接地裝置故障時(shí)也會(huì)影響?zhàn)伨€正常供電。
2.4繼電保護(hù)
當(dāng)智能接地裝置內(nèi)部故障時(shí)，配置在接入斷路器的繼電保護(hù)裝置必須迅速動(dòng)作，使該斷路器跳閘切除含有故障的智能接地裝置。
而對(duì)于瞬時(shí)性單相接地故障少的地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)生了長(zhǎng)久性單相接地的情形，智能接地裝置*終將其控制成為金屬性單相接地狀態(tài)維持為用戶短暫供電，此時(shí)若該配電子網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)健全相又發(fā)生了接地，則構(gòu)成兩相短路接地。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)由接地饋線上的相應(yīng)斷路器跳閘，而不應(yīng)由智能接地裝置的接入斷路器跳閘。因?yàn)榧词怪悄芙拥匮b置的接入斷路器跳閘，因饋線上長(zhǎng)久性接地仍存在，并不能切除故障而仍需要相應(yīng)饋線斷路器跳閘，并且智能接地裝置的接入斷路器跳閘后，該配電子網(wǎng)絡(luò)的其余健全饋線將喪失智能接地裝置的作用。
對(duì)于接入方式一和方式二，比較容易區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，可采用的判據(jù)為：
若接入斷路器處流過(guò)兩相及以上短路電流，則可判定為智能接地裝置等內(nèi)部故障，此時(shí)瞬時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘切除故障。
若接入斷路器處僅流過(guò)單相短路電流，則可判定為配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，此時(shí)不啟動(dòng)瞬時(shí)速斷保護(hù)，而僅啟動(dòng)延時(shí)速斷保護(hù)（延時(shí)時(shí)間大于饋線斷路器的動(dòng)作時(shí)間），而由饋線斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘切除故障，隨后接入斷路器即可返回。
對(duì)于接入方式三和方式四，因與饋線共用出線斷路器，上述判據(jù)對(duì)于智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地的區(qū)分雖然不能****地實(shí)現(xiàn)，但是絕大多數(shù)情況下還是可以實(shí)現(xiàn)的：
當(dāng)除了智能接地裝置接入的饋線以外的其余饋線上或饋線間發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)仍能可靠地區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。
當(dāng)智能接地裝置接入的饋線與其他饋線間發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)仍能可靠地區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。
只有當(dāng)智能接地裝置接入的饋線上發(fā)生了兩相短路接地故障時(shí)，上述判據(jù)不能區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地。
2.5**性
智能接地配電系統(tǒng)可有效避免因間歇性弧光接地處理不及時(shí)而引發(fā)的兩相短路接地故障。
雖然將接地故障相強(qiáng)制金屬性接地，會(huì)使健全相對(duì)地的電壓水平升高，但這是一種穩(wěn)定狀態(tài)，健全相對(duì)地不會(huì)超過(guò)線電壓水平，絕緣裕量很大，不會(huì)造成健全相對(duì)地絕緣擊穿。
而在間歇性弧光接地情況下，隨著電弧熄滅和重燃會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的暫態(tài)過(guò)程，所引起的健全相對(duì)地的暫態(tài)過(guò)電壓水平有可能高達(dá)4.0p.u．以上，是造成健全相對(duì)地絕緣擊穿而引發(fā)兩相短路接地的主要原因。
3 結(jié)語(yǔ)
智能接地配電系統(tǒng)是單相接地故障處理的有效手段，發(fā)生單相接地故障時(shí)，可及時(shí)可靠熄滅電弧，并且便于實(shí)現(xiàn)選線和定位。
接地故障相的軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷控制可有效抑制操作過(guò)程可能發(fā)生的強(qiáng)烈暫態(tài)過(guò)程，并避免因選相錯(cuò)誤導(dǎo)致兩相短路接地的風(fēng)險(xiǎn)，且具有很好的糾錯(cuò)性，保證*終正確選相。
智能接地裝置可以采取開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)、戶外箱變結(jié)構(gòu)和柱上箱變結(jié)構(gòu)這3種結(jié)構(gòu)形式，無(wú)論何種結(jié)構(gòu)形式，智能接地裝置都宜經(jīng)過(guò)接入斷路器接入母線，接入方式有4種。
配置于接入斷路器的繼電保護(hù)，宜區(qū)分出智能接地裝置等內(nèi)部故障與配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，前者瞬時(shí)動(dòng)作，后者延時(shí)動(dòng)作。
