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)問題
我國配電網(wǎng)大都采用中性點非有效接地方式，即使長久性單相接地，也可以保持正常的線電壓為用戶維持一段時間供電。
在單相接地故障處理方面的研究和關(guān)注點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內(nèi)容，因為單相接地時經(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題，并且熄弧更加可靠。
為了方便實際應(yīng)用，本文重點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斷路器接入變電站中。
當(dāng)檢測到發(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)短暫延時后斷開金屬性接地以判斷是否為長久性接地，若是瞬時性單相接地故障則不進行后續(xù)步驟，處理完畢。
若是長久性單相接地故障則控制中性點投入中電阻以增大接地點上游的零序電流實現(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）對于瞬時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，此時相應(yīng)的配電子網(wǎng)即工作在金屬性單相接地的無電弧**狀態(tài)，可以**地為用戶供電，為負荷轉(zhuǎn)移爭取寶貴時間，保障用戶的供電可靠性。
2）對于瞬時性單相接地故障頻發(fā)的地區(qū)，為了不至于擴大故障的影響范圍，一旦確定為長久性單相接地，在選線和定位過程中應(yīng)通過零序保護驅(qū)動相應(yīng)開關(guān)跳閘，切除長久性單相接地故障，而不再控制接地故障相再次金屬性接地。
2 關(guān)鍵技術(shù)問題
2.1軟開關(guān)
X相接地開關(guān)的組成見圖1。其中，K1、K2為開關(guān)，R為過渡電阻。
圖1 X相接地軟開關(guān)的構(gòu)成
當(dāng)需要將X相金屬性接地時，先控制合開關(guān)K1，將該相過渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制合開關(guān)K2，實現(xiàn)X相金屬性接地。上述過程稱為“軟導(dǎo)通”。
當(dāng)需要斷開X相金屬性接地時，先控制分開關(guān)K2，將該相過渡到經(jīng)電阻R接地，然后再控制分開關(guān)K1，實現(xiàn)相與地徹底斷開。上述過程稱為“軟開斷”。
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程可能發(fā)生的強烈暫態(tài)過程，避免對電氣設(shè)備的損害。
接地故障相的軟導(dǎo)通控制還可及時發(fā)現(xiàn)單相接地選相錯誤，若合錯相可以及時終止后續(xù)過程，并打開K1，重新進行單相接地選相。這樣就可以有效避免因選相錯誤導(dǎo)致兩相短路接地的風(fēng)險，使其具有單相接地故障選相的容錯和糾錯能力。
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關(guān)柜安裝的方式。
開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的智能接地裝置可以采用單獨組柜安裝方式，也可以和其他開關(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、通信線纜。
對于自帶接地變壓器（簡稱接地變）和消弧線圈的情形，智能接地裝置由2臺柜體組成，需要占用2個間隔。柜體寬度分別1200mm和1000m，即總寬度為2200mm。
對于利用變電站內(nèi)接地變和消弧線圈的情形，智能接地裝置由1臺柜體組成，需要占用1個間隔。
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)沒有有足夠的空間，智能接地裝置可采用戶外箱式變壓器（簡稱箱變）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，通過高壓電纜和出線開關(guān)連接，其結(jié)構(gòu)示意見圖2。需敷設(shè)高壓電纜、控制電源、電壓信號、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
無論何種結(jié)構(gòu)形式，智能接地裝置都宜經(jīng)過一臺斷路器（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，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（開關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，并獨占一臺出線斷路器。
這種方式具有可靠性高的優(yōu)點，但是變電站需減少一條饋線。
方式二：利用現(xiàn)場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（開關(guān)柜安裝）和結(jié)構(gòu)二（戶外箱變）的安裝方式，共用一臺出線斷路器。
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)故障時也會造成智能接地裝置停運，智能接地裝置故障時也會造成接地變子系統(tǒng)停運。
方式三：智能接地裝置采用結(jié)構(gòu)一（開關(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會造成智能接地裝置停運，智能接地裝置故障時也會造成饋線停運。
方式四：在變配電站內(nèi)沒有空間的情況下，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會造成智能接地裝置停運，智能接地裝置故障時也會影響?zhàn)伨€正常供電。
2.4繼電保護
當(dāng)智能接地裝置內(nèi)部故障時，配置在接入斷路器的繼電保護裝置必須迅速動作，使該斷路器跳閘切除含有故障的智能接地裝置。
而對于瞬時性單相接地故障少的地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)生了長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，此時若該配電子網(wǎng)絡(luò)的某個健全相又發(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。因為即使智能接地裝置的接入斷路器跳閘，因饋線上長久性接地仍存在，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，此時瞬時速斷保護動作跳閘切除故障。
若接入斷路器處僅流過單相短路電流，則可判定為配電網(wǎng)上發(fā)生了兩相短路接地，此時不啟動瞬時速斷保護，而僅啟動延時速斷保護（延時時間大于饋線斷路器的動作時間），而由饋線斷路器保護動作跳閘切除故障，隨后接入斷路器即可返回。
對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****地實現(xiàn)，但是絕大多數(shù)情況下還是可以實現(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，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，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，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而引發(fā)的兩相短路接地故障。
雖然將接地故障相強制金屬性接地，會使健全相對地的電壓水平升高，但這是一種穩(wěn)定狀態(tài)，健全相對地不會超過線電壓水平，絕緣裕量很大，不會造成健全相對地絕緣擊穿。
而在間歇性弧光接地情況下，隨著電弧熄滅和重燃會產(chǎn)生強烈的暫態(tài)過程，所引起的健全相對地的暫態(tài)過電壓水平有可能高達4.0p.u．以上，是造成健全相對地絕緣擊穿而引發(fā)兩相短路接地的主要原因。
3 結(jié)語
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，可及時可靠熄滅電弧，并且便于實現(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程可能發(fā)生的強烈暫態(tài)過程，并避免因選相錯誤導(dǎo)致兩相短路接地的風(fēng)險，且具有很好的糾錯性，保證*終正確選相。
智能接地裝置可以采取開關(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，無論何種結(jié)構(gòu)形式，智能接地裝置都宜經(jīng)過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，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，前者瞬時動作，后者延時動作。
