20kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式基本原理

引言在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，它不僅與電力系統(tǒng)的供電牢靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、過(guò)電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾〔電磁環(huán)境〕以及接地裝置等問(wèn)題有密切的聯(lián)系，而且是20kV中壓配網(wǎng)升壓改造過(guò)程中所面臨的關(guān)鍵技術(shù)之一。合理地選擇配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，提高配電網(wǎng)供電安全性和牢靠性，削減停電時(shí)間和跳閘次數(shù)。同時(shí)，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式也是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。在選定方案的決策過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的現(xiàn)狀和進(jìn)展規(guī)劃進(jìn)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，全面考慮，使系統(tǒng)具有更優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，避開(kāi)因決策失誤而造成的不良后果。中性點(diǎn)接地方式根本原理主要問(wèn)題也均將由此打算。中性點(diǎn)接地方式理論分析分析非故障相的工頻電壓上升與單相接地故障電流等有關(guān)問(wèn)題，請(qǐng)可以從圖2.1-1中簡(jiǎn)化的電力系統(tǒng)等值接線(xiàn)圖開(kāi)頭。請(qǐng)下載后閱讀！2.1-1配電網(wǎng)單相接地等值電路圖圖中的降壓變壓器也可暫不考慮，所導(dǎo)出的公式和得出的結(jié)論，對(duì)爭(zhēng)論中性點(diǎn)接地方式的有關(guān)問(wèn)題照舊具有普遍適用意義。當(dāng)?shù)戎惦娏ο到y(tǒng)中的A上升和故障點(diǎn)的單相接地電流。中性點(diǎn)經(jīng)阻抗Z〔例如A相接地狀況下電壓nE和電流發(fā)生變化。以A相電動(dòng)勢(shì)EA

E (1j0)A

為基準(zhǔn)，Ak生金屬接地時(shí)的相序網(wǎng)絡(luò)如圖2.1-2所示。請(qǐng)下載后閱讀！2.1-2單相接地網(wǎng)絡(luò)圖〔左圖:Ak:A〕012單相接地故障時(shí)各相序電流相等，012

EA ，故障I I I

Z Z Z1 2 3f相電流I等于各相序電流之和，Iff

I I I 3I0 1 2

，因此 3E I A

〔2-1〕f Z Z Z1 2 3在故障點(diǎn)k處的三相電壓 、 、 可用對(duì)稱(chēng)重量法分別求:U ”0A

U ” U ” U ”A B C120 120

aZ Z

〔2-2〕U B

aU U

U B

1 2Z Z Z1 2

0U UA

UB B

a2Z Z 120U 120C

a2U U

U C

1 2Z Z Z1 2

0U UA

C

C對(duì)于運(yùn)行中的電力系統(tǒng)Z=Z，實(shí)踐證明，2 1誤差不大?，F(xiàn)將Z=Z及

、

分別代入式〔2-1〕與式2 1 U

”a2U B A

U ”aU ”C A2-，便可求出故障點(diǎn)接地電流與非故障相電壓的一般表達(dá)式為：3UI” A

〔2-3〕A 2Z Z1 0U ”

(a2

a)Z1

(a2

1)Z 0U B 2Z Z 1 0

〔2-4〕U ”C

(aa2)Z12Z1

(a1)Z 0Z A0上述這些公式雖然是從一個(gè)特例系統(tǒng)中導(dǎo)出的種中性點(diǎn)接地方式的系統(tǒng)中。現(xiàn)將式〔2-4〕稍加變化，便可得到：U

Z Z 0 1U2Z Z 1 0

k1Uk2 U

〔2-5〕式中的因子k

Z 定義為接地程度系數(shù)。0Z01依據(jù)式2-k表示如下：3I A k2

〔2-6〕式中IU式中IU(3) Z

為三相短路電流。1從式〔2-5〕與式〔2-6〕可以看出，隨著接地程度系數(shù)k值的增大k值電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)電壓與電流的互換特性。k

Z Z中R01 0Z1

k

Z0X1

R0jX0。X X1 10現(xiàn)在假設(shè)R0X1

X以為坐標(biāo)2.1-3，和0X和01請(qǐng)這兩族曲線(xiàn)均是給定的不同單相接地故障時(shí)，電壓與電流的最大值。請(qǐng)下載后閱讀！2.1-3單相接地時(shí)工頻電壓與故障電流曲線(xiàn)圖〔U〔%〕表示的最高電壓曲線(xiàn)族；1I〔3〕表示的最大接地短路電流曲線(xiàn)族〕圖2.1-3RR1 2

0X1

X的條件繪制的。2假設(shè)令RR1

0.1X與X1

X，則可得到圖中的另一虛線(xiàn)曲線(xiàn)族。兩種2R與R1 2

是可以無(wú)視的。由此隨著R與 的減0X0X X0X01 10小，非故障相的對(duì)地電壓漸漸降低。而且R0X1

1X0X01

3時(shí)，非故障相的最大電壓上升幾乎全部小于800的影響要比X0

大得多。2.1-3RR1 2

0與X1

X的條件繪制的。2X0

的影響要比R0

X0X01

R0X010值如何，接地故障電流都漸漸增大。當(dāng)X0X1

1時(shí)，接地短路電流顯著增大。假設(shè)X1

X，則狀況更加嚴(yán)峻。2中壓配網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要類(lèi)型在中壓范圍內(nèi)，我國(guó)和很多國(guó)家的電網(wǎng)普遍承受小電流接地方點(diǎn)，這是進(jìn)展小電流接地系統(tǒng)范圍界定的必要與充分條件。電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式雖然有多種表現(xiàn)形式小電流接地方式。阻和低電阻接地方式等。性點(diǎn)不接地方式；中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式等。本章將分析中壓配網(wǎng)范圍內(nèi)中性點(diǎn)不接地電阻接地三種主要方式技術(shù)原理。中性點(diǎn)不接地而不跳閘。這是中性點(diǎn)不接地方式的最大優(yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)線(xiàn)路的電容電流小于10A時(shí)，單相接地故障產(chǎn)生的電弧可以自動(dòng)熄滅中性點(diǎn)不接地方式比較適用于電容電流較小的配電網(wǎng)于10A時(shí)，電弧可能不能自行熄滅，則需承受其他中性點(diǎn)接地方式。單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析I Uf

(jC)n

〔2-7〕UU

為單相短路系統(tǒng)等效電源C為系統(tǒng)三相對(duì)地電容之和。n中性點(diǎn)電壓為：短路電流幅值為：

U U

〔2-8〕I If f

UC 〔2-9〕n非故障相電壓為：

U U

3Uph

〔2-10〕式中：U 為系統(tǒng)相電壓。ph單相接地故障暫態(tài)分析當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將產(chǎn)生間歇性電弧接地過(guò)電壓。對(duì)電弧接地過(guò)電壓的理論爭(zhēng)論從中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)開(kāi)頭1917年，德國(guó)彼得生首先提出了高頻息弧理論，奠定了電弧接地過(guò)電壓的理論根底。隨后，美國(guó)的彼得和斯列賓提出了更能反映實(shí)際狀況的工頻熄弧理論。接地過(guò)電壓。對(duì)于中性點(diǎn)不接地方式，故障相A相產(chǎn)生的過(guò)電壓為：u (1.5~2.5)Um

〔2-11〕非故障相過(guò)電壓分別為：u (2.5~3.5)Umu (2.5~3.5)Um

〔2-12〕〔2-13〕主要適用范圍《溝通電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣協(xié)作DL/T620-199》規(guī)定，當(dāng)接地故障電流不超過(guò)以下數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，可承受不接地方式：3kV～10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線(xiàn)路構(gòu)成的系統(tǒng)和全部35kV、66kV10A。3kV～10kV當(dāng)電壓為3kV和6kV30A；10kV20A。3k10kV電纜線(xiàn)路構(gòu)成的系統(tǒng)30?！冻鞘须娏W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則Q/GDW156-202335k、20kV、10kV電壓等級(jí)的配電系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)單相接地電流在10A消弧線(xiàn)圈接地與接地電容電流大小接近相等但方向相反的電感電流使接地故障電流降低為最小，并限制了非故障相的工頻電壓上升幅值，對(duì)單相接地故障不需要馬上跳閘，保證了供電連續(xù)性。單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析時(shí)故障電流為：I Uf

(jC1n

)j(I I )L

〔2-14〕式中，L為消弧線(xiàn)圈電感。中性點(diǎn)電壓為：短路電流幅值為：

U U

〔2-15〕I If f

U (C1n

)I IC

〔2-16〕定義補(bǔ)償電網(wǎng)或消弧線(xiàn)圈的失諧度和和諧度為：III C I

〔2-17〕CK1 〔2-18〕調(diào)整消弧線(xiàn)圈電感參數(shù)，可以使其在以下三種方式下運(yùn)行：a〕全補(bǔ)償：諧振回路恰好在諧振點(diǎn)工作，消弧線(xiàn)圈電感電流完全補(bǔ)償了系統(tǒng)的對(duì)地電容電流b〕補(bǔ)償后的殘流量存在容性電流重量。c〕補(bǔ)償后的殘流量存在感性電流重量。為便于接地電弧自行熄滅，消弧線(xiàn)圈應(yīng)當(dāng)盡量靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行，當(dāng)過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行。單相接地故障暫態(tài)分析A相產(chǎn)生的過(guò)電壓為：uA非故障相過(guò)電壓分別為：u

(1.5~2.5)Um(2.5~3.2)U

〔2-19〕〔2-20〕u (2.5~3.2)U

〔2-21〕態(tài)過(guò)電壓可到達(dá)3.2U。m主要適用范圍消弧線(xiàn)圈接地方式廣泛應(yīng)用于10～66kV的中壓配網(wǎng)。承受這種接地方式，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障電流較小，可不立即跳閘，按規(guī)程規(guī)定配電網(wǎng)可帶故障運(yùn)行2《溝通電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣協(xié)作DL/T620-199承受消弧線(xiàn)圈接地方式：3kV～10kV35kV、66kV10A。3kV～10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線(xiàn)路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)電壓為3kV6kV30A；10kV20A。3k10kV電纜線(xiàn)路構(gòu)成的系統(tǒng)30?！冻鞘须娏W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則Q/GDW156-202335k、20kV、10kV電壓等級(jí)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，電流掌握在10A2低電阻接地中性點(diǎn)低電阻接地能有效抑制系統(tǒng)的諧振過(guò)電壓的剩余電荷，同時(shí)供給肯定零序電流，便利配置單相接地故障保護(hù)，可在短時(shí)間內(nèi)有選擇地切除接地故障線(xiàn)路。單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析序電流為： 1

〔2-22〕I U0

(jn

C )0 3Rn式中，R為接地電阻。零序電壓為：n

〔2-23〕UUUU0 A短路電流幅值為：I 3If 0

3Unn

〔2-24〕((C)2(013R)2依據(jù)工頻熄弧理論，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)將產(chǎn)生間歇性電弧接A相產(chǎn)生的過(guò)電壓為：u (1.5eA

0.013CRn)Um

〔2-25〕非故障相過(guò)電壓分別為：u (2.5eB

0.013CRn)Um

〔2-26〕主要適用范圍

u (2.5eC

0.013CRn)Um

〔2-27〕《溝通電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣協(xié)作DL/T620-199》規(guī)定6kV～35kV電流較大時(shí)，可承受低電阻接地方式，當(dāng)應(yīng)考慮供電牢靠性要求、故障時(shí)瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對(duì)電氣設(shè)備的影響、對(duì)通信的影響和繼電保護(hù)技術(shù)要求以及本地的運(yùn)行閱歷等。Q/GDW156-202335k、20kV、10kV150A對(duì)于35kV、20kV、10kV電壓等級(jí)的中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)20k10kV15500A范圍內(nèi)，35kV接地電流為1000A，應(yīng)考慮跳閘停運(yùn)，并留意與重合閘的協(xié)作。中性點(diǎn)接地方式對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行和改造的影響對(duì)供電安全性的影響20kV配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)將造成接地故障點(diǎn)和中性點(diǎn)地電位上升，導(dǎo)致以下兩種狀況的發(fā)生：a〕產(chǎn)生接觸電壓和跨步電壓，對(duì)四周人員造成人身安全威逼。b〕對(duì)四周低壓線(xiàn)路和通信設(shè)施產(chǎn)生耦合作用，產(chǎn)生耦合過(guò)電壓或設(shè)備絕緣擊穿等問(wèn)題。三種中性點(diǎn)接地方式下，發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障電流不同，對(duì)人身和設(shè)備安全性影響也不同?？绮诫妷汉徒佑|電壓的計(jì)算站內(nèi)設(shè)備和人身安全的影響較為嚴(yán)峻裝置，其最大跨步電壓和最大接觸電壓的計(jì)算公式分別為：UU

KK

I R0 CI R0

〔2-28〕〔2-29〕式中：U

S,MAX

為最大跨步電壓，U

為最大接觸電壓，K 為S,MAX

為最大接觸電壓系數(shù)，I0

為單相故障電流，R為接地電阻。C最大跨步電壓系數(shù)和最大接觸電壓系數(shù)的數(shù)值與接地網(wǎng)的尺寸、網(wǎng)格數(shù)等因素有關(guān)，計(jì)算公式較為簡(jiǎn)單，依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可取值為0.04～0.15取為0.1，計(jì)算結(jié)果如表2.3-1所示。其中，接地故障電流為阻性電流和容性電流重量的矢量和。請(qǐng)下載后閱讀！《溝通電氣裝置接地DL/T621-199》規(guī)定了366kV不接地和消弧線(xiàn)圈接地方式發(fā)生單相接地故障后不快速切除故障時(shí)置的接觸電壓和跨步電壓不應(yīng)超過(guò)以下數(shù)值：U 500.05t U 500.2x f

〔2-30〕〔2-31〕式中：Ut

為接觸電壓，U

為跨步電壓， 為土壤電阻率。x f3～66kV低電阻接地方式下單相接地故障或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，接地裝置的接觸電壓和跨步電壓不應(yīng)超過(guò)以下數(shù)值：1740.17ftU ftt1740.17ftU ftx

〔2-32〕〔2-33〕式中：t為接地故障電流持續(xù)時(shí)間。在20kV配電網(wǎng)三種中性點(diǎn)接地方式下，發(fā)生單相接地故障時(shí)，單相接地故障點(diǎn)處的最大接觸電壓和跨步電壓可以分別依據(jù)式〔2-30〕～〔2-33〕為限值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展考慮。不同土壤電阻率狀況下，請(qǐng)最大跨步電壓和接觸電壓的限值如表2.3-2所示。請(qǐng)下載后閱讀！不同中性點(diǎn)接地方式的安全性比較4Ω，目前很多110kV以上變電站內(nèi)接地網(wǎng)的接地電阻一般都掌握在0.5Ω以下。這里將接地電阻值按5Ω作為極端狀況考慮。在中性點(diǎn)不接地方式和消弧線(xiàn)圈接地方式下一般小于10A，產(chǎn)生的最大跨步電壓和接觸電壓僅為0.5V，遠(yuǎn)低于表圍線(xiàn)路和設(shè)備幾乎不產(chǎn)生耦合。在中性點(diǎn)低電阻接地方式下300～600A，跨步電壓和接觸電壓最高可達(dá)300V，超過(guò)表2.3-2中的限值，因此，可能對(duì)四周設(shè)備和人身安全造成較大威逼故的危急性增加，可能對(duì)四周線(xiàn)路和設(shè)備產(chǎn)生耦合干擾。三種中性點(diǎn)接地方式的安全性比較如表2.3-3所示。請(qǐng)下載后閱讀！由表可知，為保證跨步電壓和接觸電壓不致過(guò)高而產(chǎn)生安全問(wèn)題，單相接地故障電流可限制在300～600A?？紤]到線(xiàn)路的阻抗，低電阻接地方式下，中性點(diǎn)電阻值一般取值為20～40Ω。對(duì)供電連續(xù)性的影響在中壓配電網(wǎng)中，單相接地故障占全部故障的75%以上。削減發(fā)生單相接地故障造成的系統(tǒng)停電時(shí)間，可以提高配電網(wǎng)的供電連續(xù)性，從而削減因停電對(duì)用戶(hù)造成的損失。單相接地故障可分為永久性接地故