中性點故障電流的選取

1、中性點接地系統(tǒng)接地電流的計算一、中性點概述1、中性點的定義及接地方式：電力系統(tǒng)的中性點是指在三相星形接線法中，三相導線的公共結點。電力系統(tǒng)中性點接地方式有兩大類:一類是中性點直接接地或經(jīng)過低阻抗接地，發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流很大，稱為大接地電流系統(tǒng)一般110kv及以上的系統(tǒng)采用大電流接地系統(tǒng)；另一類是中性點不接地，經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地，發(fā)生單相接地故障時，由于不構成短路回路，接地短路電流比負荷電流小很多稱為小接地電流系統(tǒng)，一般66kv及以下系統(tǒng)常采用這種系統(tǒng)。1.1中性點不接地系統(tǒng) 當中性點不接地的系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時，接在相間電壓上的受電器的供電并未遭到破壞，它們可以繼續(xù)運行，但

2、是這種電網(wǎng)長期在一相接地的狀態(tài)下運行，也是不能允許的，因為這時非故障相電壓升高，絕緣薄弱點很可能被擊穿，而引起兩相接地短路，將嚴重地損壞電氣設備。 所以，在中性點不接地電網(wǎng)中，必須設專門的監(jiān)察裝置，以便使運行人員及時地發(fā)現(xiàn)一相接地故障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。 在中性點不接地系統(tǒng)中，當接地的電容電流較大時，在接地處引起的電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現(xiàn)所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。 由于電網(wǎng)是一個具有電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對地的過電壓，其數(shù)值可達(4-10)Ux。這種過電壓會傳輸?shù)脚c接地點有直接電連接的整個電網(wǎng)上，更容易引起另一相對地擊穿，而形成兩相接地短路。

3、 在電壓為3-10kV的電力網(wǎng)中，一相接地時的電容電流不允許大于30A，否則，電弧不能自行熄滅。在2060kV電壓級的電力網(wǎng)中，間歇電弧所引起的過電壓，數(shù)值更大，對于設備絕緣更為危險，而且由于電壓較高，電弧更難自行熄滅。因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定一相接地電流不得大于10A。1.2中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 當一相接地電容電流超過了上述的允許值時,可以用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方法來解決，該系統(tǒng)即稱為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。 消弧線圈主要有帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成，它們被放在充滿變壓器油的油箱內。繞組的電阻很小，電抗很大。消弧線圈的電感，可用改變接入繞組的匝數(shù)加以調節(jié)。顯然，在正常的運行狀

4、態(tài)下，由于系統(tǒng)中性點的電壓三相不對稱電壓，數(shù)值很小，所以通過消弧線圈的電流也很小。采用過補償方式,即使系統(tǒng)的電容電流突然的減少(如某回線路切除)也不會引起諧振，而是離諧振點更遠。 在中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，一相接地和中性點不接地系統(tǒng)一樣，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高至倍，三相線電壓仍然保持對稱和大小不變，所以也允許暫時運行，但不得超過兩小時，消弧線圈的作用對瞬時性接地系統(tǒng)故障尤為重要，因為它使接地處的電流大大減小，電弧可能自動熄滅。接地電流小，還可減輕對附近弱點線路的影響。 在中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中,各相對地絕緣和中性點不接地系統(tǒng)一樣,也必須按線電壓設計。1.3中性點直

5、接接地系統(tǒng) 中性點的電位在電網(wǎng)的任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當發(fā)生一相接地時，這一相直接經(jīng)過接地點和接地的中性點短路，一相接地短路電流的數(shù)值最大，因而應立即使繼電保護動作，將故障部分切除。 中性點直接接地或經(jīng)過電抗器接地系統(tǒng)，在發(fā)生一相接地故障時，故障的送電線被切斷，因而使用戶的供電中斷。運行經(jīng)驗表明，在1KV以上的電網(wǎng)中，大多數(shù)的一相接地故障，尤其是架空送電線路的一相接地故障，大都具有瞬時的性質，在故障部分切除以后，接地處的絕緣可能迅速恢復，而送電線可以立即恢復工作。目前在中性點直接接地的電網(wǎng)內，為了提高供電可靠性，均裝設自動重合閘裝置，在系統(tǒng)一相接地線路切除后，立即自動重合，再

6、試送一次，如為瞬時故障，送電即可恢復。 中性點直接接地的主要優(yōu)點是它在發(fā)生一相接地故障時,非故障相對地電壓不會增高, 因而各相對地絕緣即可按相對地電壓考慮。電網(wǎng)的電壓愈高，經(jīng)濟效果愈大，而且在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，單相接地電流往往比正常負荷電流小得多，因而要實現(xiàn)有選擇性的接地保護就比較困難，但在中性點直接接地系統(tǒng)中，實現(xiàn)就比較容易，由于接地電流較大，繼電保護一般都能迅速而準確地切除故障線路，且保護裝置簡單，工作可靠。例1、對于6-10kV系統(tǒng)，由于設備絕緣水平按線電壓考慮對于設備造價影響不大，為了提高供電可靠性，一般均采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。 例2、對于110k

7、V及以上的系統(tǒng)，主要考慮降低設備絕緣水平，簡化繼電保護裝置，一般均采用中性點直接接地的方式。并采用送電線路全線架設避雷線和裝設自動重合閘裝置等措施，以提高供電可靠性。 例3、20-60kV的系統(tǒng)，是一種中間情況，一般一相接地時的電容電流不很大，網(wǎng)絡不很復雜，設備絕緣水平的提高或降低對于造價影響不很顯著，所以一般均采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。 例4、 1KV以下的電網(wǎng)的中性點采用不接地方式運行。但電壓為380/220V的系統(tǒng)，采用三相五線制，零線是為了取得機電壓，地線是為了安全。2. 中性點不接地系統(tǒng)中電容電流過大的危害根據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，我們籌劃建設了110/10kV總降變電站，一次側采用電壓

8、110kV桿塔架空進線，10kV出線配網(wǎng)為中性點不接地系統(tǒng)，全部為電纜出線，電纜線路的大量使用使得配電網(wǎng)對地電容電流也大幅度增加。在中性點不接地系統(tǒng)中，單相接地故障占總故障率的60%以上，而中性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時仍能保持三相對稱，可以繼續(xù)為用戶供電，這是其優(yōu)點；但是，當10kV系統(tǒng)單相接地電容電流大于10A時，電弧便有可能不自行熄滅，并極易發(fā)展為相間短路故障，當單相接地為間歇性弧光接地時，會引起幅值很高的弧光過電壓，很容易擊穿系統(tǒng)內絕緣較薄弱的設備，引發(fā)嚴重的事故。還會造成接地點熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高，單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入接

9、地網(wǎng)后由于接地電阻的原因，使整個接地電網(wǎng)電壓升高，危害人身安全。容易引起鐵磁諧振，使PT產(chǎn)生過電壓，甚至燒毀等問題。單相接地電容電流過大的危害主要體現(xiàn)在五個方面：2.1弧光接地過電壓危害當電容電流過大，接地點電弧不能自行熄滅，出現(xiàn)間歇性電弧接地時，產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3.2倍或更高，它遍布于整個電網(wǎng)中，并且持續(xù)時間長，可達幾小時，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，可使用電設備、電纜、變壓器等絕緣老化，縮短使用壽命，而且對整個電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。2.2造成接地點熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入接地網(wǎng)后由于接

10、地電阻的原因，使整個接地電網(wǎng)電壓升高，危害人身安全。2.3交流雜散電流危害電容電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產(chǎn)生火花，引燃可燃氣體、煤塵爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蝕水管，氣管等金屬設施。2.4接地電弧還會直接引起火災,甚至直接引起可燃氣體、煤塵爆炸。2.5配電網(wǎng)對地電容電流增大后，架空線路尤其是雷雨季節(jié)，因單相接地引起的短路跳閘事故占很大比例。二、單相接地電容電流計算我國的相關電力設計技術規(guī)程中規(guī)定，310kV的電力網(wǎng)單相接地故障電流大于30A時應裝設消弧線圈。消弧線圈的作用是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減小，也使得故障相接

11、地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時也最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。消弧線圈應接于系統(tǒng)中性點上。變電站主變壓器10kV側采用的是三角形接線，10 kV系統(tǒng)是沒有中性點的，解決的辦法是將消弧線圈接在星形接線的10kV站用接地變壓器中性點上。這樣，系統(tǒng)零序網(wǎng)絡等效于由對地電容和消弧線圈構成的LC串聯(lián)電路。脫諧度決定了一是弧道中的殘余電流；二是恢復電壓上升到最大值的時間；三是恢復電壓的上升速度，它是影響滅弧的主要因素。工程上用脫諧度U來描述調諧程度U=（IC-IL）/

12、IC當U=0時，稱為全補償，當U0時為欠補償,U0時為過補償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態(tài)，即調至諧振點上。但是在電網(wǎng)正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。如10KV電網(wǎng)，當消弧線圈處于全補償時，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網(wǎng)的10-25倍，這就是通常所說的串聯(lián)諧振過電壓。除此之外，電網(wǎng)中各種操作（如大電機投入，斷路器非同期合閘等）及電網(wǎng)發(fā)生其它故障時（如單相斷線，斷路器非全相合閘等）都可能產(chǎn)生危險的過電壓，所以在電網(wǎng)正常運行時，或發(fā)生單相接地之外的其他故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。綜上

13、所述，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補償。當電網(wǎng)正常運行時,希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。目前，自動補償?shù)南【€圈國內主要有三種產(chǎn)品，分別是調氣隙式、調匝式、調容式及偏磁式等。1、 調氣隙式 調氣隙式屬于隨動式補償系統(tǒng)。其消弧線圈屬于動芯式結構，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達到連續(xù)調節(jié)電感的目的。該產(chǎn)品工作噪音大，可靠性差調節(jié)精度差，過電壓水平高。基本已淘汰。2、 調匝式（或帶調容式） 該裝置屬于隨動式補償系統(tǒng)，它同調氣隙式的唯一區(qū)別是動芯式消弧線圈用有載調匝式消弧線圈取代，用有載調節(jié)開關改變工作繞組的匝數(shù)，達到調節(jié)電感的目的。該裝置同調氣隙式相比

14、，消除了消弧線圈的高噪音，但是卻犧牲了補償效果，消弧線圈不能連續(xù)調節(jié)，只能離散的分檔調節(jié)，補償效果差，并且同樣具有過電壓水平高。3、 偏磁式 偏磁式消弧裝置是一種動態(tài)補償系統(tǒng)，它采用全靜態(tài)結構，具有可靠性高、調節(jié)速度快、調節(jié)范圍寬且可在承受高電壓時調節(jié)電感值的特點，是一種很有發(fā)展前途的消弧電抗器。它的工作原理是通過改變勵磁繞組中的直流勵磁電流,使鐵心的磁導率發(fā)生改變,從而實現(xiàn)工作繞組電感L的連續(xù)調節(jié)。無論是在電網(wǎng)發(fā)生故障時，還是在電網(wǎng)正常運行時，偏磁式消弧線圈的電感值均唯一由勵磁繞組中的控制電流決定，所以只要精確地提供勵磁繞組中的控制電流就可以準確地調整消弧線圈的電感。三、單相接地電容、接地變

15、壓器及消弧線圈容量計算電網(wǎng)的電容電流，應包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、發(fā)電機、變壓器以及母線和電器的電容電流，并應考慮5-10年的發(fā)展。1、電纜線路電容電流的估算計算方法：電纜電容電流的計算方法有以下兩種（一般廠區(qū)多為電纜出線）：根據(jù)經(jīng)驗公式，計算電容電流 Ic1=0.1UP L 式中: UP電網(wǎng)額定線電壓(kV) L 電纜長度(km)電纜線路電容電流的估算參見下表：電容電流 額定電壓平均值 (KV)(A/Km)纜芯截面(mm2)61035100.330.46160.370.52250.460.62350.520.69500.590.77700.710.93.7950.821.04.

16、11200.891.14.41501.11.34.81851.21.45.22401.31.63001.51.82、架空線電容電流的估算計算方法：Ic2= (2.73.3)UPL10-3式中：UP電網(wǎng)線電壓(kV) L 架空線長度(km)2.7系數(shù)，適用于無架空地線（無避雷線）的線路 3.3系數(shù)，適用于有架空地線（避雷線）的線路注：上述系數(shù)為木桿線路，當系數(shù)為3.3金屬塔桿時各增加10%。同桿雙回架空線電容電流為單回路的1.31.6倍。3、變壓器中性點電阻值計算公式：IL（11.）IC， R= Ue/3IR4、 變電所增加電容電流的計算見下表Ic= Ic1（1k）額定電壓(千伏)6101535

17、66電容電流增值(k%消弧線圈容量的計算 首先根據(jù)式（1-1）計算系統(tǒng)單相接地電容電流，修訂后計算補償上、下限：上限=IC+30%IC，下限=IC-50%IC(下限可選5或10A、20A) 確定裝置型號：XHG-10/下限-上限（10KV系統(tǒng)） 容量計算公式：Q = KIcUP/3(消弧線圈容量=最大補償電流X系統(tǒng)相電壓)式中: K 系數(shù)，過補償取1.35 Q 消弧線圈容量，kVA6、接地變的作用及容量選擇接地變壓器是為無中性點接地系統(tǒng)提供一個人為的、可帶負荷的中性點用于接消弧線圈，并可帶一連續(xù)使用的二次繞組，作為站用變使用。從而節(jié)省投資費用。該變壓器采用ZN,Yn1型接線，零序阻抗很小（10左右），空載阻抗高、損失小。因此有規(guī)定，用普通變壓器帶消弧線圈時，其容量不得超過變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可帶90% 100%容量的消弧線圈，選用干式變，接地變壓器容量及消弧線圈負載容量計算. SJ=1.2Q式中：Q 消弧線圈容量，kVASJ 接地變容量，kVA帶二次時，接地變壓器的容量是消弧線圈容量與二次容量之和。6.1 應用計算 110kV變電所，二臺主變，10kV單母線分段，共20回電纜出線，兩套補償裝置，一回電纜平均長度按2.1kM計算，所變