配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地安全性能的分析報(bào)告

./摘要本論文主要闡述了配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的可行性,并對(duì)高阻接地的安全性進(jìn)行了論述,通過安全性的分析可知從過電壓情況來看,中性點(diǎn)不接地方式最高,對(duì)于電氣設(shè)備的絕緣有較大的威脅；采用消弧線圈的接地方式,仍不能減小電弧接地過電壓,因而最好采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。從實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的難易程度看,中性點(diǎn)不接地方式比較難,若采用消弧線圈接地方式則更難；因此最好采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。從人身安全的角度看RN=1／3ωC0,人身觸電電流將要大大增加,對(duì)安全不利；不僅如此,單相接地電流增大,對(duì)安全也沒有好處,將會(huì)增加煤礦瓦斯煤塵爆炸的可能性。因此,對(duì)于煤礦井下來講,最好是RN取較大數(shù)值。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)高阻接地安全性能分析。AbstractThispapermainlyexpoundsthedistributionnetworkneutralpointviahighresistancegroundingisfeasible,andthehighresistancegroundingsafetywerediscussed,throughsafetyanalysisfromovervoltageconditions,neutralpointgroundingmodeishighest,forelectricalequipmentinsulationtoagreaterthreat;adoptingarcsuppressioncoilgrounding,stillcannotreducethearcgroundingovervoltage,thusthebestuseofneutralpointviahighresistancegroundingmode.Fromtheimplementationofrelayprotectiondifficultydegree,neutralpointgroundingmodeismoredifficult,ifthearcsuppressioncoilgroundingmodeismoredifficult;thereforeitisbesttoadoptneutralpointviahighresistancegroundingmode.FromthepersonalsafetyofangleRN=1/3WC0,personalelectricshockcurrentwillincreasegreatly,adversetosafety;notonlysuch,single-phasegroundingcurrentisincreased,thesecurityisnotgood,willincreasethepossibilityofcoalminegasandcoaldustexplosion.Therefore,forthecoalminewelldowntotalk,itisbesttotakealargervaluesofRN.KEYWORD：DistributionnetworkneutralpointHighresistancegroundingSafetyperformanceanalysis目錄TOC\o"1-4"\h\z第一章緒言1第一節(jié)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的種類與特點(diǎn)2第二節(jié)目前中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式存在的問題2第三節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地運(yùn)行方式的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式3第二章采用高阻接地的可行性5第一節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地特點(diǎn)與影響5第二節(jié)高阻接地方式和低阻接地方式的比較7第三章電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地時(shí)的過電壓試驗(yàn)9第四章中性點(diǎn)電阻值的選取原則12第五章結(jié)論15結(jié)束語(yǔ)16謝辭17參考文獻(xiàn)18.第一章緒言中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地在國(guó)外從上世紀(jì)40年代已開始使用。從1995年XX某電氣公司率先從美國(guó)PGR公司引進(jìn)中性點(diǎn)接地不銹鋼電阻器,《FNGR系列配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地電阻柜》產(chǎn)品先后在XX,XX,,XX,XX,XX等地區(qū)供電局與石化,鋼鐵,地鐵,發(fā)電廠行業(yè)使用。通過2000臺(tái)/年電阻柜的使用表明,其性能先進(jìn)可靠。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,某些城市與部分企業(yè)的供配電網(wǎng)已改變了過去以架空線路為主的局面,而是以電纜線路為主。同時(shí),一些結(jié)構(gòu)緊湊的封閉式設(shè)備<如SF6開關(guān)柜>、聚乙烯電纜與氧化鋅避雷器的廣泛應(yīng)用,使原有的非有效接地方式,已不能適應(yīng)當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展需要?；谝陨锨闆r,我國(guó)個(gè)別地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)已采用經(jīng)低電阻接地的運(yùn)行方式。這種接地方式可以降低單相接地時(shí)的暫態(tài)過電壓,消除弧光接地過電壓,使用簡(jiǎn)單的保護(hù)裝置就能迅速選擇故障支路,消除故障。但是,隨著帶來線路跳閘頻繁、斷路器維護(hù)工作量的增大與人身觸電電流的增大,直接影響到供電系統(tǒng)的可靠性與安全性。從國(guó)外電網(wǎng)的發(fā)展來看,美、日等國(guó)家采用低電阻接地方式居多,并認(rèn)為低電阻接地是今后的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)從西方國(guó)家引進(jìn)的成套工廠設(shè)備,高壓配電系統(tǒng)都采用低電阻的接地方式。從國(guó)內(nèi)來說,目前電力系統(tǒng)正在制定電阻接地的有關(guān)措施,并將逐步實(shí)施。我們通過試驗(yàn)研究后認(rèn)為,采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的方式,并不一定是適合我國(guó)城市或企業(yè)配電網(wǎng)發(fā)展的最佳方式；目前,電力系統(tǒng)尚有不同的觀點(diǎn)和做法。因此,我們將通過下面的模擬試驗(yàn),對(duì)中性點(diǎn)接地方式的有關(guān)問題作進(jìn)一步的研究與探討。第一節(jié)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的種類與特點(diǎn)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的種類與特點(diǎn)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式可分為兩大類,即大電流接地方式和小電流接地方式,而大電流接地方式又可細(xì)分為中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；小電流接地方式可細(xì)分為中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)諧振接地和中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地。當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí),限制非故障相的工頻過電壓水平與限制單相接地故障電流是矛盾的兩方面,兩者很難兼顧。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)因素,我們認(rèn)為在電網(wǎng)中,對(duì)于電壓等級(jí)較高的電力系統(tǒng),其主要矛盾是限制工頻電壓的升高和降低絕緣水平；而對(duì)于電壓等級(jí)較低的電力系統(tǒng),主要矛盾則轉(zhuǎn)化為限制單相接地故障電流的危害性,而降低絕緣水平則成為次要矛盾,這是電力系統(tǒng)求得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的理論基礎(chǔ)。對(duì)于中壓電網(wǎng)而言,電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度受經(jīng)濟(jì)因素的制約作用相對(duì)較小,工頻電壓升高的不良影響明顯降低,因此限制單相接地故障電流與其一系列危害作用的任務(wù)就顯得十分重要,對(duì)于低壓電網(wǎng)主要限制人身觸電電流和對(duì)故障相的檢測(cè)就尤為重要。影響中性點(diǎn)接地方式的因素很多,本文不可能對(duì)各種因素逐一全面研究,只能針對(duì)電纜供電的特點(diǎn),著重對(duì)一些影響中性點(diǎn)接地方式的安全問題進(jìn)行研究；主要對(duì)高阻接地情況下的參數(shù)選擇進(jìn)行分析比較,以尋求更為合理的中性點(diǎn)接地方式。第二節(jié)目前中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式存在的問題根據(jù)原水利電力部頒發(fā)的《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程SDJ7-79》中的明確規(guī)定,從20世紀(jì)50年代至80年代中期,我國(guó)各地中壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)都已逐步改造為采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種運(yùn)行方式。從80年代中期起,我國(guó)許多大中城市〔京、滬、穗、深等〕在10kV配電網(wǎng)中開始采用低電阻接地方式。中性點(diǎn)不接地方式因其中性點(diǎn)是絕緣的,電網(wǎng)對(duì)地電容中儲(chǔ)存的能量沒有釋放通路。在發(fā)生弧光接地時(shí),電弧的反復(fù)熄滅與重燃,也是向電容反復(fù)充電的過程。由于對(duì)地電容中的能量不能釋放,造成電壓升高,從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓,對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式,若采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償,消弧線圈價(jià)格昂貴,而手動(dòng)的傳統(tǒng)消弧線圈則主要存在以下問題：一是調(diào)節(jié)不方便,必須退出運(yùn)行才能調(diào)分接頭,且無(wú)載分接開關(guān),靠人工憑經(jīng)驗(yàn)操作實(shí)現(xiàn)過補(bǔ)償比較難。二是因電網(wǎng)發(fā)生單相接地的故障是隨機(jī)的,無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電容電流,無(wú)法對(duì)運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷,尋找發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)比較難,也很難保證失諧度和中性點(diǎn)位移電壓滿足要求。三是隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,要求變電站實(shí)行無(wú)人值班,如果電網(wǎng)運(yùn)行方式經(jīng)常變化,手動(dòng)的消弧線圈不可能始終運(yùn)行在最佳檔位,消弧線圈的補(bǔ)償作用不能得到充分發(fā)揮,也無(wú)法一直保持在過補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行。中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的方式,特別是以架空線為主的配電網(wǎng)單相接地時(shí),跳閘次數(shù)會(huì)大大增加,如果未能實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電或線路沒有裝設(shè)重合閘,則停電次數(shù)將會(huì)增加,降低了供電可靠性。實(shí)際上,在我國(guó)曾推廣該方式的幾個(gè)城市,因供電可靠性的下降和人身傷亡事故的增多,早已進(jìn)行了限制,有些甚至徹底更改為諧振接地。顯然,只有更好地限制單相接地故障電流,降低接觸電壓和跨步電壓,以保障人身設(shè)備安全、電磁環(huán)境和提高供電可靠性等,這才是中壓電網(wǎng)合理的接地方式。鑒于此,中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地運(yùn)行方式是值得推廣的一種。第三節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地運(yùn)行方式的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的運(yùn)行方式,按美國(guó)IEEE142-1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,是在中性點(diǎn)與大地之間有目的地接入較高電阻值的電阻,以限制接地故障電流到10A或以下。該高阻的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足使單相地故障時(shí)的電阻電流被限制到等于或略大于系統(tǒng)總電容電流,即IRN≥3ICO。由于電阻是耗能元件,也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件,對(duì)防止串聯(lián)諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓,有很好的抑制作用。顯然,RN越大,則Ijd越小。按單相接地電流選取RN,應(yīng)保證最大的接地電流滿足開斷容量的要求,且留有一定的裕度。一般應(yīng)控制單相接地電流小于三相短路電流,最小單相接地電流應(yīng)滿足接地繼電器靈敏度的要求。高電阻接地實(shí)現(xiàn)的方式：根據(jù)中壓系統(tǒng)變壓器繞組的聯(lián)結(jié)組別不同,高電阻接地的實(shí)現(xiàn)方式也不同。若繞組為Ｙ形接法,可直接在中性點(diǎn)與大地公共接地裝置之間接一電阻元件,其阻值RN＝100Ω～400Ω,具體量值按RN≤XCO/3進(jìn)行選擇；若主變繞組為Ｄ接法,則需要制造人為中性點(diǎn)。主要有以下幾種具體接線方式：一是Z型線圈＋高壓電阻接線方式,即利用Z型變壓器中的人造中性點(diǎn)與高壓電阻相連,電阻的另一端接地。二是Z型線圈＋單相接地變壓器＋低壓電阻接線方式,即利用Z型變壓器中的人造中性點(diǎn)與一單相變壓器連接,變壓器低壓側(cè)并接一低壓電阻。三是N,d〔開口〕＋接線方式,即將N,d聯(lián)結(jié)變壓器的三角形側(cè)開口并接低壓電阻。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)開口處電壓為0,當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)電壓為三相電壓之和。第二章采用高阻接地的可行性應(yīng)用原理：利用電阻的耗能和阻尼作用,降低系統(tǒng)的弧光接地、諧振與操作過電壓水平。中性點(diǎn)高值電阻器接地系統(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(jì)應(yīng)符合每相零序電阻Ro≤Xco每相對(duì)地容抗準(zhǔn)則,以限制于間歇性電弧接地故障時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓。第一節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地特點(diǎn)與影響1、中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地特點(diǎn)：a、限制暫態(tài)過電壓在2.5倍額定相電壓以下。b、有效地限制間歇性弧光接地過電壓；c、有效地消除諧振過電壓；d、降低各種操作過電壓；e、可準(zhǔn)確判斷并與時(shí)切除故障線路；〔或按礦業(yè)系統(tǒng)的特殊要求也以帶電連續(xù)運(yùn)行?！砯、系統(tǒng)設(shè)備承受過電壓水平低、時(shí)間短?？蛇m當(dāng)降低設(shè)備的絕緣水平,提高系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。具有很好的經(jīng)濟(jì)效益；g、有利于過氧化鋅避雷器MOA的應(yīng)用；降低雷電過電壓水平；h、提高系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行水平；i、適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大X圍變化,電阻不需調(diào)節(jié)；j、設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠,投資比消弧線圈接地方式少,使用壽命長(zhǎng)。以上是高電阻接地裝置在各個(gè)行業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的實(shí)際情況。尤其能有效的限制了系統(tǒng)過電壓幅值。2、當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí),如何選擇故障線路。這是選用高阻接地方式與變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)的基本配合。a、采用定<不同>時(shí)限零序過電流保護(hù)或單相接地、零序保護(hù)方式可以準(zhǔn)確判斷出故障線路,實(shí)現(xiàn)有選擇性的斷開故障線路。b、單相接地故障零序保護(hù)的配置:每條饋線首端配置限時(shí)零序電流保護(hù);線路末端有開關(guān)站時(shí),開關(guān)站的進(jìn)線；和出線上也裝設(shè)零序電流保護(hù),保護(hù)動(dòng)作跳閘。c、主變壓器低壓側(cè)進(jìn)線間隔裝設(shè)反映單相接地故障的零序保護(hù),作為母線單相接地故障的主保護(hù)和饋線單相接地的后備保護(hù)；d、對(duì)電容電流過小、接地過渡電阻較大的架空線路當(dāng)保護(hù)靈敏度不夠時(shí),可采用單相接地方向過電流保護(hù)。e、環(huán)網(wǎng)供電的饋線,用戶端不裝設(shè)單相接地零序保護(hù)。3、從保護(hù)整定考慮：當(dāng)某一條線路發(fā)生接地故障時(shí),其接地故障電流為I02=IR2+〔IC－I2〕2,I2為故障線路本身的電容電流,與整個(gè)系統(tǒng)總的電容電流相比,計(jì)算時(shí)可以忽略。所以I02≈〔IR2+IC2〕從保證繼電保護(hù)靈敏度考慮,電阻值越小即流過電阻的電流越大越好。目前的微機(jī)保護(hù)一般都有零序保護(hù)功能,且啟動(dòng)的電流值相當(dāng)小,單相接地故障電流遠(yuǎn)大于每條線路的對(duì)地電容電流,一般都能滿足零序保護(hù)的靈敏度要求。因此,按照繼電保護(hù)靈敏度和接地過渡電阻來考慮,選擇較小的電阻電流IR,在保護(hù)整定時(shí)可確保繼電保護(hù)的靈敏度和可靠性。4、選用高阻接地方式對(duì)通信的影響：從降低對(duì)通信的干擾考慮,流過電阻的電流不宜選的過大。我國(guó)四部協(xié)議規(guī)定,如通信電纜與大地間未裝放電器時(shí),危險(xiǎn)影響電壓不得大于430V；對(duì)高可靠線路不大于630V；而采用高電阻接地方式后,發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電壓可控制在200V以內(nèi)完全沒有問題；這樣就不會(huì)對(duì)通信線路造成任何影響。5、人身安全考慮：從人身安全考慮,中性點(diǎn)接地電阻的通流越小越好。因?yàn)橹行渣c(diǎn)經(jīng)低電阻接地在發(fā)生單相接地故障時(shí),通過故障點(diǎn)的接地短路電流比較大,引起故障點(diǎn)地電位升高,有可能造成跨步電壓,接觸電勢(shì)超過允許值。因此在選擇電阻值時(shí),把故障電流控制在10A以下,應(yīng)根據(jù)地網(wǎng)接地電阻,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,接地短路電流核算跨步電壓和接觸電勢(shì)都沒有超過規(guī)程。根據(jù)全國(guó)許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并未因采用高電阻接地造成跨步電壓和接觸電勢(shì)過高產(chǎn)生人身事故,因此選擇高電阻通過小電流是較為適宜的。我國(guó)城市配電網(wǎng)自上世紀(jì)80年代末期開始采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式,1997年已將中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式寫入我國(guó)電力行業(yè)規(guī)程,并得到迅速推廣。應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)例如：各大城市供電局、發(fā)電廠、地鐵、機(jī)場(chǎng)、港口、鋼鐵廠、石化廠等等。運(yùn)行實(shí)踐證明,中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地對(duì)降低系統(tǒng)過電壓、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性具有良好的效果。由此可見配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地完全符合電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和維護(hù)同時(shí),配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地也完全能夠滿足電力系統(tǒng)的最基本要求：1、可靠性,對(duì)用戶連續(xù)供電。真正的解決了過電壓水平。2、保證電能質(zhì)量,快速選擇故障線路,快速有效地投入備用電源,把故障解決在最小的X圍,X圍小就很容易快速解決排出故障。3、經(jīng)濟(jì)性,比其它的方式投資小,使用壽命可長(zhǎng)達(dá)20~30年。4、防止環(huán)境污染,電阻的良好特性本身就不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境,它運(yùn)行時(shí)只會(huì)產(chǎn)生熱能。第二節(jié)高阻接地方式和低阻接地方式的比較低阻接地方式：低阻接地方式繼承了直接接地方式無(wú)工頻過電壓和操作過電壓較小的優(yōu)點(diǎn),卻保留了故障電流較大、跳閘率較高的缺點(diǎn)。而且,低阻接地方式下接地故障電流已不是直接短路電流,但依然靠繼電保護(hù)裝置來隔離接地回路,繼電保護(hù)裝置同時(shí)承擔(dān)著短路時(shí)的過電流保護(hù)和接地時(shí)的零序電流保護(hù)的任務(wù)。而短路電流的幅值受短路部位、短路阻抗的影響變化X圍很大,接地時(shí)由于接地性質(zhì)不同<金屬性接地或高阻性接地>、接地部位不同,零序電流幅值也會(huì)在大X圍內(nèi)變動(dòng),這樣,基于零序電量的繼電保護(hù)裝置就難以兼顧在大X圍內(nèi)都保證有足夠的靈敏度和準(zhǔn)確度,僅靠調(diào)節(jié)定值很難實(shí)現(xiàn)在較大的正常負(fù)荷電流下不誤動(dòng)而在單相接地時(shí)又不拒動(dòng),使其動(dòng)作正確性的不利因素增加。特別是對(duì)于占絕大多數(shù)的高阻性接地,漏跳的可能性很高,實(shí)際上也發(fā)生過在單相接地時(shí)繼電保護(hù)拒動(dòng)的事例。一旦出現(xiàn)繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)的情況,則對(duì)設(shè)備、對(duì)人身安全都有很大危害。高阻接地方式：高阻接地方式利用高阻大大減少了故障電流,使低阻接地方式故障電流大的缺點(diǎn)得到一定程度的克服。但當(dāng)系統(tǒng)電容電流太大時(shí)必須增加并聯(lián)電感進(jìn)行接地電流的補(bǔ)償。采用高阻接地方式,在單相接地故障時(shí)可以運(yùn)行,也可以立即跳閘隔離接地回路。如果同不接地方式一樣在單相接地時(shí)繼續(xù)運(yùn)行,則同樣具有較高工頻過電壓和操作過電壓的固有缺點(diǎn)；若同低阻接地方式一樣在單相接地時(shí)立即跳閘,則由于同樣靠繼電保護(hù)裝置來隔離接地回路,使繼電保護(hù)裝置所存在的問題,即難以兼顧在較大的正常負(fù)荷電流下不誤動(dòng)而在單相接地時(shí)又不拒動(dòng)的問題更為突出。雖然繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)時(shí)零序電流幅值已比低阻接地方式減少很多,但長(zhǎng)時(shí)間的故障電流仍對(duì)設(shè)備和人身安全不利,且因未能找出并隔離故障支路,使?jié)撛诘奈ｋU(xiǎn)依然存在。值得注意的是,若系統(tǒng)電容電流較小,采用高阻接地方式就使接地故障電流由電容電流變成短路電流,雖該電流被電阻限制到比直接短路時(shí)小很多,但往往反而比不接地時(shí)的電容電流還要大,亦即增大了故障電流,帶來了不穩(wěn)定的因素,在某些情況下可能會(huì)促成故障的發(fā)展,顯然這是不可取的第三章電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地時(shí)的過電壓試驗(yàn)高電阻接地是這樣定義的：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)通過一電阻接地,其單相接地故障時(shí)的電阻電流被限制到等于或略大于系統(tǒng)總電容電流,即IRN≥3IC0,如圖1所示。圖中RN≤XC0／3,RN為接地電阻,XC0為系統(tǒng)每相對(duì)地容抗,3IC0為總電容電流,IRN為流過電阻器的電流。圖1配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地原理圖Fig.1Principlediagramofneutral-pointearthingbyhigh-resistanceinpowerdistributionnetwork當(dāng)發(fā)生電弧接地時(shí),接地電流為Ijd=<1/RN+j3ωC0>UA=IRN+jIC單相接地將使非故障相對(duì)地電壓升高3倍,變成線電壓；此時(shí),電網(wǎng)的線電壓仍維持對(duì)稱狀態(tài),對(duì)負(fù)荷沒有影響。如果發(fā)生的是間歇性電弧接地故障,非故障相對(duì)地電壓將大大超過3倍,而且波與整個(gè)電網(wǎng),使那些絕緣薄弱環(huán)節(jié)相繼發(fā)生絕緣擊穿,使事故擴(kuò)大。試驗(yàn)時(shí),在高壓模擬電網(wǎng)<3.3kV>上用低阻尼電容分壓器、磁帶記錄儀記錄過電壓信息,由計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)采集記錄在磁帶儀上的過電壓信息并加以分析,計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)記錄的過電壓波形如圖2所示。過電壓波形特點(diǎn)分析<皆在A相發(fā)生間歇性電弧接地>：<1>相對(duì)地過電壓線間電容降低過電壓作用不明顯,A相接地時(shí)C相過電壓高于B相。過電壓倍數(shù)與中性點(diǎn)電阻值有關(guān),RN＞1／3ωC0時(shí),過電壓明顯增加；RN=1／3ωC0時(shí)過電壓降低；當(dāng)RN=1.8kΩ＞＞1／3ωC0時(shí),故障相最高過電壓達(dá)2.1Vxg<Vxg表示正常供電時(shí)的相對(duì)地電壓峰值>,健全相最高過電壓達(dá)3.4Vxg；當(dāng)RN=237Ω≈1／3ωC0=232Ω時(shí),故障相過電壓≯2.2Vxg,健全相過電壓≯1.3Vxg。<2>相間過電壓低于相對(duì)地過電壓。<3>最大過電壓發(fā)生時(shí)刻在接地相工頻電壓幅值附近。<4>熄弧性質(zhì)高頻和工頻兼有,接地電流較大時(shí)熄弧困難。圖2配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的過電壓波形圖<a>起弧、重燃波形<b>起弧、重燃展寬后的波形Fig.2Overvoltagewavepatternofneutral-pointearthingbyhigh-resistanceinpowerdistributionnetwork<5>波頭長(zhǎng)度與過電壓振蕩頻率高頻振蕩頻率約在3000～4000Hz之間<與試驗(yàn)電路有關(guān)>。<6>中性點(diǎn)波形間歇性重燃時(shí)V0為衰減的梯形波疊加高頻振蕩,即中性點(diǎn)積累的電荷經(jīng)電阻RN泄放較快；試驗(yàn)中最大過電壓在1.5～3.5Vxg之間。<7>從試驗(yàn)中可以看出,基本上是每半個(gè)工頻周期發(fā)生一次燃弧,每相與中性點(diǎn)電壓都有明顯的振蕩；當(dāng)發(fā)生間歇性燃弧時(shí),隨著中性點(diǎn)電阻值的減小,中性點(diǎn)電位在半個(gè)工頻周期內(nèi)衰減加快,即系統(tǒng)能量泄放較快,從而有效地降低了各相與中性點(diǎn)的過電壓幅值。試驗(yàn)表明,中性點(diǎn)電阻對(duì)串聯(lián)諧振過電壓與間歇性電弧接地過電壓起到了很好的抑制作用。當(dāng)RN=1／3ωC0時(shí),中性點(diǎn)位移電壓在半個(gè)周期內(nèi)降到原來的4.32%,這就降低了故障相上的最大恢復(fù)電壓數(shù)值,使電弧重燃不致引起高幅值的過電壓,但接地點(diǎn)的電流增加較大。取RN=2／3ωC0,將大大減小接地點(diǎn)的電流,此時(shí)中性點(diǎn)電位在半個(gè)工頻周期內(nèi)衰減較小,降到原來的20.8%。電阻的存在,大大降低了故障相恢復(fù)電壓的上升速度,減少了電弧重燃的可能。試驗(yàn)中,每次燃弧基本上都是在故障相電壓的最大值處發(fā)生,與恢復(fù)電壓達(dá)到最大且大于介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度時(shí),發(fā)生擊穿而使電弧重燃。從試驗(yàn)結(jié)果分析看,RN的值越大,電弧重燃越易,且電弧能量也較大；隨著RN值的減小,燃弧變得較難,電弧能量也逐漸減小,這與理論分析相符。電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地后,對(duì)電弧接地過電壓和串聯(lián)諧振過電壓有較大的抑制作用,從而有效地防止了異常過電壓對(duì)電機(jī)、電纜絕緣的危害,保證了用電設(shè)備的安全運(yùn)行。當(dāng)接地故障電流較大時(shí),持續(xù)的故障電流所引起的熱效應(yīng),會(huì)使電纜在接地故障處的相間絕緣因過熱燃?xì)Фl(fā)展為相間短路。所以,當(dāng)電網(wǎng)的電容電流較小時(shí),應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地的方式；尤其是對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)的電纜線路較多且運(yùn)行多年的老電網(wǎng),由于電動(dòng)機(jī)和電纜絕緣都已降低和老化,容易受異常過電壓的破壞,將這類電網(wǎng)的中性點(diǎn)改為經(jīng)高阻接地時(shí)非常適合的。只要中性點(diǎn)電阻選擇合適,即使電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化,也不需要再調(diào)節(jié)電阻值,且運(yùn)行簡(jiǎn)單,效益顯著。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)選擇性的繼電保護(hù)。第四章中性點(diǎn)電阻值的選取原則根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況。安全電阻值的選取一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題。3.1過電壓的限制水平與降低人身觸電的危險(xiǎn)只要RN≤1／3ωC0,弧光接地過電壓被限制在2.2Uxg以下,對(duì)不同的系統(tǒng),C0不同,RN取值不同,一般在100Ω以上。它屬于高阻X圍,對(duì)RN無(wú)論是低阻<RN=10Ω>還是高阻<RN=100～400Ω>都能達(dá)到抑制電壓互感器<PT>諧振過電壓和斷線諧振過電壓的目的,當(dāng)然,RN越小,過電壓水平越低。但同時(shí)應(yīng)兼顧對(duì)通過人體的接地電流不造成明顯的增加。運(yùn)用戴維南定理,對(duì)圖3的電網(wǎng)情況轉(zhuǎn)化成為下邊的等效電路圖；此時(shí)的等效開路電壓等于人身未觸電以前A相的對(duì)地電壓<UA>,而等效阻抗Z等于三相電網(wǎng)對(duì)地的絕緣電阻r和電容C與中性點(diǎn)接地電阻RN并聯(lián)后的數(shù)值,人身電阻為RR,即式中Z0——零序阻抗圖3人觸電時(shí)的電網(wǎng)情況與等效電路圖Fig.3Stateofelectrifiedwirenettingwhenmangetselectricshockandtheequivalentcircuit然后,根據(jù)等效電路圖,即可求得通過人體的接地電流IR為可以看出,由于RN的接入,r和3RN是并聯(lián)關(guān)系,相當(dāng)于把電網(wǎng)對(duì)地的絕緣電阻值減小了。因此,人身觸電電流將隨RN的變化而變化；當(dāng)C0一定時(shí),也有某一個(gè)電阻r使人身觸電電流值為最小。也就是說,當(dāng)r和C0一定時(shí),改變RN的值,將會(huì)在某一個(gè)RN的條件下,人身觸電電流值為最小。圖4的實(shí)測(cè)曲線,說明了人身觸電電流隨RN的變化規(guī)律。由此可見,在r和C0一定的條件下,接入RN總會(huì)使人身觸電電流值減小,而不是增大,對(duì)安全是有好處的。但是,也應(yīng)該看到,RN的變化,實(shí)際上對(duì)人身觸電電流的影響很小；因?yàn)樵陔娙葜递^大的情況下,起決定作用的仍然是電容電流。圖4通過人身的接地電流與配電網(wǎng)中性點(diǎn)電阻RN的變化規(guī)律Fig.4RelationshipbetweencurrentthroughbodyIRandneutral-pointresistanceRNinpowerdistributionnetwork從圖4可以看出,隨著RN的增大,IR趨于穩(wěn)定,在合適的X圍內(nèi)選取RN值,IR增加不明顯。圖5進(jìn)一步說明了人身觸電電流隨絕緣電阻r和電容C的變化規(guī)律。表1說明了電網(wǎng)3300V電壓下,隨著中性點(diǎn)電阻RN的增加,人身觸電電流減小的趨勢(shì)。表1RN／Ω1／6ωC01／3ωC01／2ωC02／3ωC05／6ωC01／ωC0IR／A7.335.193.983.222.702.33注：煤礦安全手冊(cè)將人體電阻RR的取值定為1000Ω。圖5人身觸電電流隨電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻和電容的關(guān)系曲線1.C=1μF2.C=0.4μF3.C=0.2μF4.C=0.1μFFig.5Relationshipcurvebetweencircuitinwhenmangetselectricshockandinsulatecapacitance3.2單相接地電流的限制水平當(dāng)單相接地時(shí)相當(dāng)于RR=0的情況,此時(shí)的單相接地電流值為其有效值為顯然,RN越小,則Ijd越大。按單相接地電流選取RN,應(yīng)保證最大的接地電流滿足開斷容量的要求,且留有一定的裕度。一般應(yīng)控制單相接地電流小于三相短路電流,最小單相接地電流應(yīng)滿足接地繼電器靈敏度的要求。在電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)低阻接地時(shí),發(fā)生單相接地,保護(hù)裝置動(dòng)作并立即跳閘；而高阻接地則允許帶接地運(yùn)行1～2h。所以采用高阻接地方式,通常并不要求發(fā)生接地故障時(shí)立即切除故障,因?yàn)榻拥仉娏鞅幌拗频胶苄?保護(hù)裝置只是檢測(cè)故障并發(fā)出信號(hào),這對(duì)"連續(xù)生產(chǎn)"的企業(yè)是很重要的。第五章結(jié)論<1>從過電壓情況來看,中性點(diǎn)不接地方式最高,對(duì)于電氣設(shè)備的絕緣有較大的威脅；采用消弧線圈的接地方式,仍不能減小電弧接地過電壓,因而最好采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。