城市电网中性点接地的方式研究

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  中圖分类号:TM7文献标识码: A
   [摘要]文章对电网各种不同的中性点接地方式作了比较,并对近年来发展较快的自动跟踪补偿消弧线圈作了概要介绍,综合考虑了各种因素,对配电网中性点接地方式的选择提出了推荐性意见。关键词: 配电网中性点接地方式选择
  一、概述
  随着我省城市建设步伐的加快,城市框架不断的拉大,城市中压电网(6-35千伏系统)规模也随之增大,再加上近几年电力电缆线路的大量采用,中压电网系统的电容电流水平急剧增加,这给电网的安全运行带来了一些问题:系统单相接地时较大的电容电流产生的跨步电压和接触电压对人身安全将构成极大的威胁;单相接地电弧不易熄灭,电弧接地产生的弧光过电压对设备绝缘的威胁;系统长时间带单相故障运行容易发展成为相间短路或三相故障。
  由单相接地引起中压电网的故障和异常,具有多发性、隐蔽性、广泛性、不可予见性及多样性等特点,应予以高度重视,找出原因及制定措施加以解决。
  单相接地对中压电网的影响,主要取决于系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题,它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压、继电保护、通信干扰、系统发展规划及资金投入、电网现状和有关运行经验、接地装置等问题有密切的关系。
  二、电网中性点接地的方式
  电力系统的中性点接地方式主要有两大类:
  凡是单相接地电弧能够瞬间自行熄灭者,属于小电流接地方式。主要有中性点谐振(经消弧线圈)接地方式、中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。
  凡是需要断路器遮断单相接地故障者,属于大电流接地方式。主要有中性点直接接地方式、中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式等。目前,中压电网有代表性的接地方式有:中性点不接地方式、中性点谐振接地方式、中性点经低电阻和中性点经中电阻接地方式。
  (一)中性点不接地方式
  适用于单相接地故障电容电流小于10安培、 以架空线路为主的配电网。此类型电网瞬时性单相接地故障占故障总数的60%~70%,希望瞬时性单相接地故障时不马上跳闸。
  中性点不接地系统的特点:
  1、单相接地故障电流小于10安培,瞬时性单相接地故障点电弧可以自熄,熄弧后故障点绝缘可以自行恢复。
  2、单相接地时不破坏系统对称性,可以带故障运行一段时间,以便查找故障线路。
  3、通讯干扰小。
  4、简单、经济。
  5、单相接地故障时,非故障相对地工频电压升高倍,在中性点不接地电网中,各种设备的绝缘要按线电压的要求来设计。
  6、当单相接地故障电流大于10安培时,可能产生过电压倍数相当高的间歇性电弧接地过电压,对网内绝缘较差的设备、有绝缘弱点的设备、绝缘强度较低的旋转电机等都存在较大的威胁,在一定程度上影响电网的安全运行。
  7、易发生谐振过电压引起电压互感器熔断器熔断、烧毁电压互感器的事故常有发生。
  (二)中性点谐振接地方式
  目前,谐振接地方式一般采用自动跟踪消弧线圈,具有以下特点:
  1、利用消弧线圈的感性电流对电网的对地电容电流进行过补偿,使单相接地故障电流限制在10安培以内,对人身安全有利。
  2、瞬时性单相接地故障点电弧可以自熄,熄弧后故障点绝缘可以自行恢复。
  3、可以减少间隙性弧光接地过电压的发生概率。
  4、单相接地时不破坏系统对称性,可以带故障运行一段时间,以便查找故障线路。
  5、可以根除电压互感器铁芯饱和过电压。
  6、操作过电压一般能抑制在2.8倍相电压以下。
  7、限制电缆故障的发生和扩大。
  8、通讯干扰小。
  9、运行管理比较简单。
  10、单相接地故障时,非故障相工频电压最高升到相电压。
  11、寻找单相接地故障线路困难,目前小电流接地选线装置的选线正确率还不理想,往往还要采用试拉法 。
  (三)中性点电阻接地方式
  为了避免或减轻低电阻接地方式的缺点,而又要克服高电阻接地时过电压水平与绝缘水平高、继电保护运行不可靠等弊端,有些国家采用了折衷方案——中电阻接地,以求将接地故障电流限制到100~200安培,同时还能满足下列各方面的要求:
  1、应保证IR=(1.0~1.5)IC (IR为单相接地短路电流的阻性分量,IC为单相接地短路电流的容性分量),以限制内部过电压水平不超过2.6倍。分析表明;进一步增大IR(即减小电阻),对降低内过电压水平已收效不大。由此可按IC推算出应选用的阻值;
  2、应保证接地保护的灵敏度和选择性,网内发生单相接地故障时即予快速切除;
  3、应满足设备和人身安全方面的要求,为此需分别按通信干扰、设备安全、人身保安等几方面进行验算,使之在接地电阻不大于0.5Ω的发电厂和变电所内,上述几方面均能符合规定。
  三、目前国内外中性点接地方式的发展
  电力系统中性点接地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术,具有理论研究与实践紧密结合的特点,是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。
  在发展初期,电力系统的容量较小,当时人们认为工频电压升高是绝缘故障的主要原因,即使相电压短时间升高至线电压,也会威胁安全运行。由于对过电流的一系列危害估计不足,同时对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高,所以,电力设备的中性点最初都采用直接接地方式运行。
  随着电力系统的扩大,单相接地故障的增多,线路经常跳闸,造成频繁的停电事故,于是,便将直接接地方式运行改为不接地方式运行。
  由于工业发展较快,使电力传输容量增大,距离延长,电压等级逐渐升高,电力系统的覆盖范围不断扩大。在这种情况下发生单相接地故障时,接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭,同时,间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大,显著的降低了电力系统的运行可靠性。
  当时世界上两个工业发达国家分别采取了不同的解决途径。德国为了避免对通信线路的干扰和保证铁路信号的正确动作,采用了中性点经消弧线圈的接地方式,消除瞬间的单相接地故障;美国采用了中性点直接接地和经低电阻接地方式,并配合快速继电保护,瞬时跳开故障线路。
  据了解,世界各国的的中压电网接地方式,每个国家和同一国家的不同城市都不尽相同,同一城市也存在不同接地方式并存的情况,主要是根据自己的运行经验和传统做法来确定。
  美国中压电网一般采用中性点经低、中电阻或直接接地等方式,很少采用谐振接地方式。日本电力系统的中性点以前主要采用谐振接地方式,二战后因美国原因改为了大电流接地方式,但后来中性点谐振接地和不接地方式得到了一定的发展。
  我国电力行业标准DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定:3千伏~10千伏不直接连接发电机的系统和35千伏、66千伏系统,当单相接地故障电容电流不超过下列数值时,应采用不接地方式;当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时,应采用消弧线圈接地方式:
  3千伏~10千伏钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35千伏、66千伏系统,10安培。
  6千伏~35千伏主要由电缆线路构成的送、配电系统,单相接地故障电容电流较大时,可采用低电阻接地方式,但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。
  80年代以前我国基本上沿用前苏联的规定,中压电网多采用中性点不接地或谐振接地方式。近几年国家和地方大力投资进行城网、农网改造,电网规模扩大,电缆线路不断增加,6~35千伏中压电网原有的中性点不接地方式已不再适宜,自动跟踪消弧线圈发展很快。
  近10多年来,我国城市经济飞速发展,电网的容量和规模急剧扩大,配电线路逐步实现电缆化,系统电容电流急剧增加,造成烧坏电气设备的事故概率增加。为了解决这一矛盾, 20世纪80年代后期广州、深圳、上海、北京、厦门、南京、苏州等城市中压电网开始局部采用低电阻或中电阻接地方式。
  采用自动跟踪消弧线圈与小电阻并列的中性点接地方式充分利用了两种接地方式的特点,使瞬时单相接地短路故障和永久性单相接地短路故障能分别对待。当发生瞬时单相接地短路故障时,通过消弧线圈灭弧。当发生永久性单相接地短路故障时,先由消弧线圈灭弧,运行一段时间后投入接地电阻,跳开故障线路,大大提高了供电的可靠性。
  四、结束语
  中性点接点方式对于电网的发展是非常重要的技术问题,所以要建立一种全面分析的方法进行分析、计算、选择。这种方法是一种建立在数理统计计算基础上,对中性点接地方式的对各个方面的优缺点进行量化计算,从各个方面计算结果得出一个地区的中性点接地方式最优化的选择,合理从而因地制宜的确定该地区配电网中性点接地方式。
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