10kV配电网新型消弧系统及接地选线分析

10kV配电网新型消弧系统及接地选线分析

杨秀花彭利宋新亮

（中核陕西铀浓缩有限公司陕西省汉中市723312）

摘要：随着我国电力系统的不断发展，对电网的安全可靠运行提出了更高的要求。本文针对电力系统中常见的10kV配电网的消弧系统进行介绍，并基于小电流选线方式建立了Matlab/Simulink模型，进行相应的接地选线分析，具有一定的理论创新意义并提供了一种新方式进行接地选线分析。

关键词：消弧系统；小电流选线；Matlab/Simulink；故障选线

在我国目前的配电网中，中性点主要采取三种接地方式，即中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经小电阻接地，不同的接地方式适用于不同接地场合，具有各自不同的优点。实际的运行经验表明，在配电网中中性点采用经消弧线圈接地时运行稳定性较高，此外还具有发生永久性故障时不被动、对全网电力设备具有保护作用和电磁兼容性好等优点。本文从10kV配电网出发，对新型的自动跟踪式补偿型消弧线圈系统进行介绍，又介绍个常用的小电流选线分析方法原理，最后利用Matlab/Simulink搭建中性点经消弧线圈接地系统进行建模与分析。

1.自动跟踪式补偿消弧线圈简介

自动跟踪补偿消弧线圈按改变电感方法的不同，大致可分为调匝式、调气隙式、调容式、调直流偏磁式、可控硅调节式等。

1.1调匝式自动跟踪补偿消弧线圈

这种消弧方式是将电感线圈制成多个分接头形式，利用分接头的改变实现励磁阻抗的改变[1]。一般可采用变压器的有载调压来实现分接头的调节。

1.2调气隙式自动跟踪补偿消弧线圈

调气隙式线圈是将铁心分成上下两部分，下部分铁心同线圈固定在框架上，上部分铁心用电动机，通过调节气隙的大小以达到改变电抗值的目的。

1.3调容式消弧补偿装置

通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流，二次绕组连接电容调节柜，当二次电容全部断开时，主绕组感抗最小，电感电流最大。二次绕组有电容接入后，根据阻抗折算原理，相当于主绕组两端并接了相同功率、阻抗为K2倍的电容，使主绕组感抗增大，电感电流减小，因此通过调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小[2]。

1.4调直流偏磁式自动跟踪补偿消弧线圈

在交流工作线圈内布置一个铁心磁化段，通过改变铁心磁化段磁路上的直流励磁磁通大小来调节交流等值磁导，实现电感连续可调。

1.5可控硅调节式自动跟踪补偿消弧线圈

该消弧系统主要由短路阻抗变压器式消弧线圈和控制器组成，同时采用小电流接地装置作为相应的配套设备，变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网的中性点，二次绕组作为控制绕组由2个反向连接的可控硅短路，可控硅的导通角由触发器控制，可调范围在0~180°。

2.小电流选线方法简介

小电流选线的全称为小电流接地选线装置，简称小电流。该装置是电力行业常用的一种保护设备，适用于3kV~66kV的不接地、中性点接地和经消弧线圈接地的单相接地选线[3]。对于中性点经消弧线圈接地的具体选线操作而言，主要有零序电流比幅比相法，首半波法，零序导纳法[4]，每种方法有其自己的工作原理与适用场合，且每种方法之间的差异较大。

3.中性点经消弧线圈接地的故障选线模型建立与分析

为对接地选线进行理论分析，需要建立其理论模型。本文使用Matlab中的Simulink仿真工具进行建模分析，Simulink可以提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统，具有适用性广、效率高、仿真精细等优点。

设置的具体参数如表1所示，经建模仿真后的结果如表2所示，对不同的线路与接地方式进行对比，其中10kV配电网的3条出线的长度依次为4.2km、3.70km、3.95km，设置在0.05s是线A的1处发生单相接地故障。

表1小电流接地系统参数

由以上的仿真可得出：

（1）正常工作的线路1与线路2的零序电流相同，与线路3的零序电流相反，每条线路的电流极大值依次为0.81A，0.99A，2.2A；

（2）正常工作的线路与故障线路的暂态零序电流分量相反，幅值也不相同；

（3）故障线路的零序导纳与正常线路的也不相同，故障线路的零序导纳在被检测是具有较高的灵敏性与可靠性。

在10kV的小电流接地额配电网中，通过设置不同的故障线路及不同的接地电阻来模拟实际的情况，也可以来检验算法的有效性，对小电流选线法进行了仿真，从表2可知，当采用零序电流比相法和首半波法两种选线方法失败后，可采用零序电流导纳法综合选择出发生故障的线路，若以上的几种方法均失败时可以确定是在母线发生故障。

4.结语

随着我国近年来科学技术的不断发展，电力领域也取得了长足的进步。电力系统作为国民经济赖以生存发展的支柱，对其运行可靠性进行研究分析必不可少。本文针对10kV配电网为例，对新型消弧系统进行简介，并建立了经消弧线圈接地的Simulink模型，对其进行理论分析，具有一定的创新意义，为其他类型配电网的接地选线分析提供了新的思路。

参考文献：

[1]胡国军.10kV配电网新型消弧系统及接地选线的分析[J].广东科技，2008（20）：114-116.

[2]邱梓华.10kV配电网中性点接地方式的探讨[J].技术与市场，2012，19（04）：60-61+63.

[3]朱一鸣.小电流选线方法分析[J].企业技术开发，2015，34（06）：115-116.

[4]史泽兵，余江，丁晓兵，蔡海青，林创，陈旭.一种新型小电流接地选线装置设计方案[J].供用电，2018，35（08）：9-13+20.