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(dǎo)線的公共結(jié)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(gòu)成短路回路，接地短路電流比負(fù)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(dāng)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(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。 所以，在中性點不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)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(dāng)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(dá)(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?fù)舸?，而形成兩相接地短路?/p>

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(shè)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(dāng)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(nèi)。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(diào)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(yuǎn)。 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(shè)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(dāng)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(yīng)立即使繼電保護(hù)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(zhì)，在故障部分切除以后，接地處的絕緣可能迅速恢復(fù)，而送電線可以立即恢復(fù)工作。目前在中性點直接接地的電網(wǎng)內(nèi)，為了提高供電可靠性，均裝設(shè)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(fù)。 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(fù)荷電流小得多，因而要實現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)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(hù)一般都能迅速而準(zhǔn)確地切除故障線路，且保護(hù)裝置簡單，工作可靠。例1、對于6-10kV系統(tǒng)，由于設(shè)備絕緣水平按線電壓考慮對于設(shè)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(shè)備絕緣水平，簡化繼電保護(hù)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(shè)避雷線和裝設(shè)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(luò)不很復(fù)雜，設(shè)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(shè)了110/10kV總降變電站，一次側(cè)采用電壓

8、110kV桿塔架空進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(nèi)絕緣較薄弱的設(shè)備，引發(fā)嚴(yán)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(yīng)增大，對電纜等設(shè)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(dāng)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(dá)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(dá)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(shè)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(yīng)增大，對電纜等設(shè)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?xì)怏w、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(shè)施。2.4接地電弧還會直接引起火災(zāi),甚至直接引起可燃?xì)怏w、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(guān)電力設(shè)計技術(shù)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(yīng)裝設(shè)消弧線圈。消弧線圈的作用是當(dāng)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(fù)電壓速度降低，達(dá)到熄滅電弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)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(yīng)接于系統(tǒng)中性點上。變電站主變壓器10kV側(cè)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(luò)等效于由對地電容和消弧線圈構(gòu)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(fù)電壓上升到最大值的時間；三是恢復(fù)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(diào)諧程度U=（IC-IL）/

12、IC當(dāng)U=0時，稱為全補償，當(dāng)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(diào)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(nèi)主要有三種產(chǎn)品，分別是調(diào)氣隙式、調(diào)匝式、調(diào)容式及偏磁式等。1、 調(diào)氣隙式 調(diào)氣隙式屬于隨動式補償系統(tǒng)。其消弧線圈屬于動芯式結(jié)構(gòu)，通過移動鐵芯改變磁路磁阻達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電感的目的。該產(chǎn)品工作噪音大，可靠性差調(diào)節(jié)精度差，過電壓水平高?；疽烟蕴?。2、 調(diào)匝式（或帶調(diào)容式） 該裝置屬于隨動式補償系統(tǒng)，它同調(diào)氣隙式的唯一區(qū)別是動芯式消弧線圈用有載調(diào)匝式消弧線圈取代，用有載調(diào)節(jié)開關(guān)改變工作繞組的匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電感的目的。該裝置同調(diào)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(diào)節(jié)，只能離散的分檔調(diào)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(jié)構(gòu)，具有可靠性高、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬且可在承受高電壓時調(diào)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(dǎo)率發(fā)生改變,從而實現(xiàn)工作繞組電感L的連續(xù)調(diào)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(zhǔn)確地調(diào)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(fù)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?。?0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(fù)載容量計算. SJ=1.2Q式中：Q 消弧線圈容量，kVASJ 接地變?nèi)萘?，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(yīng)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