淺析中壓電網(wǎng)中性點接地方式

1、 第 頁 共 8 頁引言近年來隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展和生活質(zhì)量的改善，社會現(xiàn)代化程度的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電能被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，電力消費水平大幅提高。電力工業(yè)已在社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中占有十分重要的地位，世界上已把電力工業(yè)發(fā)展情況，作為衡量一個國家現(xiàn)代化水平的標(biāo)志之一。大家知道，在三相系統(tǒng)中都有中性點，但有的中性點接地，有的不接地。這是因為電力系統(tǒng)除正常運行情況外，往往會出現(xiàn)各種故障，其中最常見的是單相接地故障。為了處理這種故障，根據(jù)不同供電系統(tǒng)的情況，將中性點采用不同的運行方式。目前，我國供電系統(tǒng)中常見的中性點運行方式有三種：不接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地。前兩種又稱非直

2、接接地。中性點采用的運行方式不同，會影響到供電系統(tǒng)許多方面的技術(shù)經(jīng)濟問題。如供電的可靠性、電氣設(shè)備和線路的絕緣水平、對通訊系統(tǒng)的干擾、繼電保護的正確動作等。因此，中性點采用什么樣的運行方式，實際上又是一個涉及到供電系統(tǒng)許多方面的綜合性技術(shù)問題。1 概述中壓電網(wǎng)以35KV、10KV、6KV三個電壓等級的電壓應(yīng)用較為普遍，其均為中性點非接地系統(tǒng)，但是隨著供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是采用電纜線路的用戶日益增加，使得系統(tǒng)單相接地電容電流不斷增加，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)單相接地故障擴展為事故。我國電氣設(shè)備設(shè)計規(guī)范中規(guī)定35KV電網(wǎng)如果單相接地電容電流大于10A，3KV10KV電網(wǎng)如果接地電容電流大于30A，都需要采用中性

3、點經(jīng)消弧線圈接地方式，而城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則（施行）第59條中規(guī)定“35KV、10KV城網(wǎng)，當(dāng)電纜線路較長、系統(tǒng)電容電流較大時，也可以采用電阻方式”。因?qū)χ袎弘娋W(wǎng)中性點接地方式，世界各國也有不同的觀點及運行經(jīng)驗，就我國而言，對此在理論界、工程界也是討論的熱點問題，在中壓電網(wǎng)改造中，其中性點的接地方式問題，現(xiàn)已引起多方面的關(guān)注，面臨著發(fā)展方向的決策問題。2 中性點不同的接地方式與供電的可靠性在我國中壓電網(wǎng)的供電系統(tǒng)中，大部分為小電流接地系統(tǒng)（即中性點不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)）。在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，不需要立即斷開故障部分，不必中斷向用戶供電，因而提高了供電的可靠性，這

4、是這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點。但是，必須在較短的時間內(nèi)，一般允許繼續(xù)運行兩小時，迅速發(fā)現(xiàn)并消除接地故障，以免由于未接地相對地電壓長期升高，而發(fā)展成為多相接地短路。所以在這種系統(tǒng)中，電氣設(shè)備和線路的對地絕緣應(yīng)按能承受線電壓考慮設(shè)計，而且應(yīng)裝設(shè)交流絕緣監(jiān)察裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，立即發(fā)出信號通知值班人員。當(dāng)線路不長，電壓不高時，接地電流數(shù)值較小，接地電弧一般均能自動熄滅，特別是在35KV以下的系統(tǒng)中，絕緣方面投資增加不多，而供電可靠性較高的優(yōu)點突出，中性點采用不接地運行方式較合適。但當(dāng)電壓高、線路長時，接地電流值較大，可能產(chǎn)生穩(wěn)定電弧或間歇性電弧。而且電壓等級較高時，整個系統(tǒng)絕緣方面的投資大為增加，上

5、述優(yōu)點便不復(fù)存在。目前我國中性點不接地系統(tǒng)的適用范圍如下：(1)壓在500V以下的三相三線制裝置；(2)310KV系統(tǒng)當(dāng)接地電流Ic30A時；(3)2060KV系統(tǒng)當(dāng)接地電流Ic10A時；(4)與發(fā)電機有直接電氣聯(lián)系的320KV系統(tǒng)，如要求發(fā)電機帶內(nèi)部單相接地故障運行，當(dāng)接地電流Ic5A時。當(dāng)中壓電網(wǎng)不能滿足以上條件時，通常采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或采用中性點經(jīng)小電阻接地的運行方式。我國采用經(jīng)消弧線圈接地方式已運行多年，但近幾年有部分區(qū)域采用中性點經(jīng)小電阻接地方式。我國規(guī)定，凡不符合采用中性點不接地運行方式的360KV系統(tǒng)，均可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。對于中性點不接地系統(tǒng)，因其是一

6、種過度形式，其隨著電網(wǎng)的發(fā)展最終將發(fā)展到上述兩種方式，為此本文對這兩種接地方式作以分析。2.1中性點經(jīng)電阻接地方式中性點經(jīng)電阻接地方式在國外從上世紀 40 年代已開始使用。 世界上主要以美國為主的部分國家采用，原因是美國在歷史上過高的估計了弧光接地過電壓的危害性，而采用此種方式，用以泄放線路上的過剩電荷，來限制此種過電壓。1995 年華力特電氣公司率先從美國PGR 公司引進中性點接地電阻，先后在深圳，上海，北京，天津，江蘇，福建等地區(qū)供電局及石化，鋼鐵，地鐵，發(fā)電廠行業(yè)使用。電網(wǎng)中性經(jīng)電阻接地方式，目的是限制接地故障電流。中性點經(jīng)電阻器（每相零電阻 R 0 X c0 每相對地容抗）接地，可以消

7、除中性點不接地和消弧線圈接地系統(tǒng)的缺點，即降低了瞬態(tài)過電壓幅值，并使靈敏而有選擇性的故障定位的接地保護得以實現(xiàn)。由于這種系統(tǒng)的接地電流比直接接地系統(tǒng)的小，故對地電位升高及對信息系統(tǒng)的干擾和對低壓電網(wǎng)的反擊都減弱。因此，中性點電阻器接地系統(tǒng)具有中性點不接地及經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的某些優(yōu)點，也多少存在這兩種接地方式的某些缺點。按限制接地故障電流大小的要求不同，分高、中、低值電阻器接地系統(tǒng)，它們具體的優(yōu)缺點亦不同。2.1.1中性點經(jīng)高值電阻的接地方式的優(yōu)缺點中性點經(jīng)高值電阻接地系統(tǒng)是限制接地故障電流水平為 10A 以下，高電阻接地系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合每相零序電阻 R 0 X c0 （每相對地容抗）準(zhǔn)則，以限

8、制由于間歇性電弧接地故障時產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓。其優(yōu)缺點如下：(1)可防止和阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，在 2.5P · U 及以下；(2)接地電流水平為 10A 以下，減小了對地電位升高；(3)接地故障可以不立即清除，因此能帶單相接地故障相運行；(4)使用范圍受到限制，適用于某些小型 6 10KV 配電網(wǎng)和發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)。2.1.2中性點經(jīng)中值電阻的接地方式的優(yōu)缺點采用中性點中值電阻的接地方式可以克服高值和低值電阻的接地方式的弊端。其接地故障電流控制在 50 100A ，仍保留了內(nèi)過電壓（含弧光過電壓、諧振過電壓等）水平低、對地電位升高不大、正確迅速切除接地故障線路等優(yōu)點，

9、但具有切除接地故障線路間斷供電等缺點。2.1.3中性點經(jīng)低值電阻的接地方式的優(yōu)點中性點經(jīng)低值電阻接地系統(tǒng)是限制接地故障電流水平為100 1000A，系統(tǒng)單相接地時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路。健全相電壓不升高或升幅較小，對設(shè)備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。2.1.4中性點經(jīng)低值電阻的接地方式的缺點由于接地點的電流較大，當(dāng)零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，無論是永久性的還是非永久性的，均作用與跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，嚴重影響了用戶的正常供電，使其

10、供電的可靠性下降。2.2中性點經(jīng)消弧線圈接地方式1916年發(fā)明了消弧線圈，并于1917年首臺在德國Pleidelshein電廠投運至今，已有84年的歷史，運行經(jīng)驗表明，其廣泛適用于中壓電網(wǎng)，在世界范圍有德國、中國、前蘇聯(lián)和瑞典等國的中壓電網(wǎng)均長期采用此種方式，顯著提高了中壓電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行水平。采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點的電流較小，其特點是當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，可不立即跳閘斷開故障部分，不必中斷向用戶供電，按國家規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運行2小時。從實際運行經(jīng)驗和資料表明，當(dāng)接地電流小于10A時，電弧能自滅，因消弧線圈的電感的電流可抵消接地點流過的

11、電容電流，若調(diào)節(jié)得很好時，電弧則自動熄滅。對于中壓電網(wǎng)中日益增加的電纜饋電回路，雖接地故障的概率有上升的趨勢，但因接地電流得到補償，單相接地故障并不發(fā)展為相間故障。因此中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性，大大的高于中性點經(jīng)電阻接地方式。2.2.1中性點經(jīng)消弧線圈接地方式存在的問題近年來，隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，城市配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變化很大，在饋電線路中電纜所占的比重越來越大，我國城市配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地運行方式的一些問題日漸暴露。隨著配網(wǎng)電容電流的迅速增大，很難保證消弧線圈在一定脫諧度下過補償運行。主要原因為：(1)消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍有限，一般為 1 ： 2 ，不適合工程初期和終期的需

12、要；(2)消弧線圈各分接頭的標(biāo)稱電流和實際電流誤差較大，有些甚至可達 15% ，運行中就發(fā)生過由于實際電流值與銘牌數(shù)據(jù)差別而導(dǎo)致諧振的現(xiàn)象；(3) 計算電容電流和實際電容電流誤差較大，多數(shù)變電站是電纜和架空線混合的供電網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確而及時的掌握配電線路的長度是很難做到的，而且電纜型號繁多，單位長度的電容電流也不盡相同；(4) 有些配電網(wǎng)在整個接地電容電流中含有一定成分的 5 次諧波電流，其比例高達 5% 15% ，即使將工頻接地電流計算得十分精確，但是對于 5% 15% 接地電容電流中的諧波電流值還是無法補償?shù)摹ｋ娎|為主配電網(wǎng)的單相接地故障多為系統(tǒng)設(shè)備在一定條件下由于自身絕緣缺陷造成的擊穿，而且接

13、地殘流較大，尤其是當(dāng)接地點在電纜時，接地電弧為封閉性電弧，電弧更加不易自行熄滅（單相接地電容電流所產(chǎn)生的弧光能自行熄滅的數(shù)值，遠小于規(guī)程所規(guī)定的數(shù)值，對交聯(lián)聚乙烯電纜僅為 5A ），所以電纜配電網(wǎng)的單相接地故障多為永久性故障。由于中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地永久性故障后，接地故障點的檢出困難，不能迅速檢出故障點所在線路。這樣，一方面使系統(tǒng)設(shè)備長時間承受過電壓作用，對設(shè)備絕緣造成威脅，另一方面，不使用戶斷電的優(yōu)勢也將不復(fù)存在。在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，過電壓數(shù)值較高，對設(shè)備絕緣造成威脅。單相接地故障點所在線路的檢出，一般采用試拉手段。在斷路器對線路試拉過程中，有時

14、將產(chǎn)生幅值較高的操作過電壓。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點不接地系統(tǒng)相比，僅能降低弧光接地過電壓發(fā)生的概率，并不能降低弧光接地過電壓的幅值。中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)在某些條件下，會發(fā)生諧振過電壓。由于上述原因，另外由于電纜為弱絕緣設(shè)備，例如 10kV 交聯(lián)聚乙烯電纜的 1 分鐘工頻耐壓為 28kV ，比一般設(shè)備低 20% 以上，所以電纜在單相接地故障在故障點檢出過程中，由于工頻或暫態(tài)過電壓的長時間作用，常發(fā)展成相間故障，造成一線或多線跳閘。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時，中性點經(jīng)消弧線圈接地方式雖能有效地減小單相接地故障時接地處的電流，迅速熄滅接地處電弧，防止間歇性電弧接地時所產(chǎn)生的過電壓，但由于接地點

15、殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補償狀態(tài)，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。因目前運行在中壓電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，必須在退出運行才能調(diào)整，也沒有在線實時檢測電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在運行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時進行調(diào)節(jié)，所以不能很好的起到補償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過電壓問題。2.2.2中性點接地方式對供電可靠性的影響眾所周知，配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地方式與中性點經(jīng)小電阻接地方式相比，最大的優(yōu)點是在發(fā)生單相接地故障時，如果是瞬間故障，當(dāng)系統(tǒng)電容電流或經(jīng)消弧線圈補償后的殘余電流小到自行熄滅的程

16、度時，則故障可自行消除，如果是永久故障，該系統(tǒng)可帶單相接地故障運行 2 小時，獲得足夠的時間排除故障，以保證對用戶的不間斷供電。但這一優(yōu)點在以電纜為主的城市配電網(wǎng)中并不突出。電纜故障的原因，從統(tǒng)計情況看，主要是絕緣老化、電纜質(zhì)量、外力破壞等，一般都是永久性故障，當(dāng)發(fā)生接地故障時不應(yīng)帶故障運行。從實際運行情況看，在以電纜為主的配電網(wǎng)中，中性點不接地或經(jīng)消弧線較圈接地方式下，單相接地故障引發(fā)的相間短路故障較多。一些實際事故表明，單相接地故障發(fā)展為相間故障，反而擴大了停電范圍，尤其是當(dāng)發(fā)展為母線短路故障時，相當(dāng)于變壓器出口短路，而由于目前一些變壓器抗短路沖擊能力較弱，從而可能造成變壓器損壞。就城市配

17、電網(wǎng)供電方式的實際情況看雙電源供電方式，架空絕緣線的采用，環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運行方式，電纜線路所占比重等因素造成了采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式的優(yōu)點不突出。從目前已改小電阻接地方式的變電站實際運行情況分析；保護配置得當(dāng)，可不降低供電可靠性。綜合上述分析，電纜供電為主的變電站采用中性點經(jīng)小電阻接地，不會對供電可靠性造成多大影響，在某些方面對供電可靠性的提高反而有益。2.2.3自動跟蹤消弧線圈及單相接地選線裝置中性點經(jīng)消弧線圈接地方式存在的幾大缺點，也是幾大技術(shù)難題，多年來電力學(xué)者致力于解決這一技術(shù)難題，隨著微電子技術(shù)、檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國已研制生產(chǎn)出自動跟蹤消弧線圈及單相接地選線裝置，

18、并已投入實際運行取得良好效果，現(xiàn)在正處在推廣應(yīng)用階段。3 單相接地電容電流因中性點不接地方式在中壓電網(wǎng)中，僅是一種短期的過渡方式，最終是要過度到經(jīng)消弧線圈或小電阻接地方式，而在改造前要對電網(wǎng)中的電容電流進行計算和測量，以給改造提供技術(shù)數(shù)據(jù)。中壓電網(wǎng)單相接地電容電流有以下幾部分構(gòu)成：(1) 統(tǒng)中所有電氣連接的全部線路（電纜線路、架空線路）的電容電流；(2) 系統(tǒng)中相與地之間跨接的電容器產(chǎn)生的電容電流；(3) 因變配電設(shè)備造成的電網(wǎng)電容電流的增值。系統(tǒng)中的電容電流可按下式計算：Ic=（ic1ic2）（1k）式中：ic電網(wǎng)上單相接地電容電流之和Ic1線路和電纜單相接地電容電流之和ic2系統(tǒng)中相與地間

19、跨接的電容器產(chǎn)生的電容電流之和k配電設(shè)備造成的電網(wǎng)電容電流的增值。10KV取16、35KV取13。在對電網(wǎng)上單相電容電流計算的基礎(chǔ)上，為了準(zhǔn)確選擇和合理配置消弧線圈的容量，對系統(tǒng)運行中單相電容電流進行實測是十分必要的，微機在線實時檢測裝置為實測網(wǎng)上單相電容電流提供了快速準(zhǔn)確的手段，其原理是，檢測系統(tǒng)的不平衡電壓E0，并以一定的采樣周期檢測線電壓UAB，中性點位移電壓U0及中性點位移電流I0，根據(jù)下式計算出單相接地電容電流。E0= U0I0×Xc式中：Xc為系統(tǒng)對地容抗；因Xc=（E0U0）/ I0則Ic=U相/ Xc= U相I0/ E0U0式中Ic為單相接地電容電流單相電容電流的檢測也可以采用偏置電容法和中性點外加電容法，在測試中，可以選用幾種不同容量的Cf（所加的偏置電容）測出幾組數(shù)據(jù)，利用移動平均值獲得單相接地電容電流，以減少測試中的誤差。4 微機控制消弧裝置人工調(diào)諧的消弧線圈，因不能隨著電網(wǎng)的運行實時調(diào)整補償量，這樣就不能保證電網(wǎng)始終處于過補償狀態(tài)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)諧振，并難以將故障發(fā)生時入地電流限制到最小。我國研制微機自動跟蹤消弧裝置始于80年代，現(xiàn)已