中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式分析與探討

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　[摘要]針對(duì)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地供電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大及電纜饋線回路的增加，單相接地電容電流也在不斷的增加，改造電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式、合理選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，已是關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行可靠性關(guān)鍵的技術(shù)問題，文中就電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行分析和探討。

　　[關(guān)鍵詞]供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地可靠性

　　1、概述

　　中壓電網(wǎng)以35KV、10KV、6KV三個(gè)電壓電壓應(yīng)用較為普遍，其均為中性點(diǎn)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(kuò)展為事故。我國電氣設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定35KV電網(wǎng)如果單相接地電容電流大于10A，3KV—10KV電網(wǎng)如果接地電容電流大于30A，都需要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，而《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可以采用電阻方式”。因?qū)χ袎弘娋W(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，世界各國也有不同的觀點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就我國而言，對(duì)此在理論界、工程界也是討論的熱點(diǎn)問題，在中壓電網(wǎng)改造中，其中性點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)）。我國采用經(jīng)消弧線圈接地方式已運(yùn)行多年，但近幾年有部分區(qū)域采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，為此對(duì)這兩種接地方式作以分析，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因其是一種過度形式，其隨著電網(wǎng)的發(fā)展最終將發(fā)展到上述兩種方式。

　　2.1）中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式世界上以美國為主的部分國家采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，原因是美國在歷史上過高的估計(jì)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。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式中，一般選擇電阻的值較小。在系統(tǒng)單相接地時(shí)，控制流過接地點(diǎn)的電流在500A左右，也有的控制在100A左右，通過流過接地點(diǎn)的電流來啟動(dòng)零序保護(hù)動(dòng)作，切除故障線路。其優(yōu)缺點(diǎn)是：

　　2.1.1.系統(tǒng)單相接地時(shí)，健全相電壓不升高或升幅較小，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

　　2.1.2.接地時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路。

　　2.1.3.由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。

　　2.1.4.當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，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(yán)重影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。

　　2.2中性點(diǎn)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(tái)在德國Pleidelshein電廠投運(yùn)至今，已有84年的歷史，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)期采用此種方式，顯著提高了中壓電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

　　采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流較小，其特點(diǎn)是線路發(fā)生單相接地時(shí)，可不立即跳閘，按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí)。從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和資料表明，當(dāng)接地電流小于10A時(shí)，電弧能自滅，因消弧線圈的電感的電流可抵消接地點(diǎn)流過的電容電流，若調(diào)節(jié)得很好時(shí)，電弧能自滅。對(duì)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(shì)，但因接地電流得到補(bǔ)償，單相接地故障并不發(fā)展為相間故障。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性，大大的高于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，但中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式也存在著以下問題：

　　2.2.1.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，由于接地點(diǎn)殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補(bǔ)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(hù)無法檢測(cè)出已接地的故障線路。

　　2.2.2.因目前運(yùn)行在中壓電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動(dòng)調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，必須在退出運(yùn)行才能調(diào)整，也沒有在線實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在運(yùn)行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以不能很好的起到補(bǔ)償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過電壓?jiǎn)栴}。

　　中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式存在的兩大缺點(diǎn)，也是兩大技術(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(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國已研制生產(chǎn)出自動(dòng)跟蹤消弧線圈及單相接地選線裝置，并已投入實(shí)際運(yùn)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(diǎn)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(duì)電網(wǎng)中的電容電流進(jìn)行計(jì)算和測(cè)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：

　　3.1.系統(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。

　　3.2系統(tǒng)中相與地之間跨接的電容器產(chǎn)生的電容電流。

　　3.3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(jì)算：

　　ΣIc=（Σic1＋Σic2）（1＋k％）

　　式中：Σic電網(wǎng)上單相接地電容電流之和

　　ΣIc1線路和電纜單相接地電容電流之和

　　Σic2系統(tǒng)中相與地間跨接的電容器產(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(duì)電網(wǎng)上單相電容電流計(jì)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中單相電容電流進(jìn)行實(shí)測(cè)是十分必要的，微機(jī)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置為實(shí)測(cè)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(cè)系統(tǒng)的不平衡電壓E0，并以一定的采樣周期檢測(cè)線電壓UAB，中性點(diǎn)位移電壓U0及中性點(diǎn)位移電流I0，根據(jù)下式計(jì)算出單相接地電容電流。

　　E0= U0＋I(xiàn)0×Xc

　　式中：Xc為系統(tǒng)對(duì)地容抗；

　　因Xc=（E0—U0）/ I0

　　則Ic=U相/ Xc= U相I0/ E0—U0

　　式中Ic為單相接地電容電流

　　單相電容電流的檢測(cè)也可以采用偏置電容法和中性點(diǎn)外加電容法，在測(cè)試中，可以選用幾種不同容量的Cf（所加的偏置電容）測(cè)出幾組數(shù)據(jù)，利用移動(dòng)平均值獲得單相接地電容電流，以減少測(cè)試中的誤差。

　　4、微機(jī)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(yùn)行實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，這樣就不能保證電網(wǎng)始終處于過補(bǔ)償狀態(tài)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)諧振，并難以將故障發(fā)生時(shí)入地電流限制到最小。我國研制微機(jī)自動(dòng)跟蹤消弧裝置始于80年代，現(xiàn)已不斷完善形成系列產(chǎn)品，并配套接地自動(dòng)選線環(huán)節(jié)，有效的解決了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的電網(wǎng)，長(zhǎng)期難以解決的技術(shù)問題。該裝置的Z型結(jié)構(gòu)接地變壓器，具有零序阻抗小，損耗低，并可帶二次負(fù)荷，其可調(diào)電抗器為無級(jí)連續(xù)可調(diào)鐵芯全氣隙結(jié)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)特性好、線性度高、噪聲低等特點(diǎn)，裝置采用消弧線圈串電阻接地方式，以抑制消弧線圈導(dǎo)致諧振的問題，其微機(jī)控制單元是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤檢測(cè)、調(diào)節(jié)、選線的核心，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間小于20 s，由過補(bǔ)、欠補(bǔ)、最小殘流三種運(yùn)行方式。

　　裝置在運(yùn)行中計(jì)算機(jī)周期采樣，以獲得電網(wǎng)運(yùn)行的適時(shí)參數(shù)，計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)電容電流、殘流進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)設(shè)定值與計(jì)算值的偏差自動(dòng)調(diào)整電抗器的電感量，從而實(shí)現(xiàn)消弧線圈運(yùn)行在設(shè)定值上。選線裝置是通過計(jì)算機(jī)過對(duì)線路零序電流的采樣，計(jì)算機(jī)根據(jù)采樣電流的幅值和方向判斷接地線路，可達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)的檢出有接地故障的線路。

　　結(jié)語

　　中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式在國內(nèi)也有不同的觀點(diǎn)，并已成為電網(wǎng)改造中的一個(gè)熱點(diǎn)問題，根據(jù)我國多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，解決了中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)長(zhǎng)期難以解決的技術(shù)難題。自動(dòng)跟蹤消弧線圈及接地選線裝置的不斷完善和推廣應(yīng)用，為中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地提供了技術(shù)保障。為此，在我國采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是我國中壓電網(wǎng)的發(fā)展方向。