中性點(diǎn)接地方式的研究與應(yīng)用

摘要：?jiǎn)蜗嘟拥貙?duì)中壓電網(wǎng)的影響，主要取決于系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式。本-文對(duì)目前中壓電網(wǎng)系統(tǒng)的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了研究，并詳細(xì)的對(duì)目前常用的幾種接地方式進(jìn)行了優(yōu)點(diǎn)比較與探討。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn) 接地 城市電網(wǎng)

1 城市中壓電網(wǎng)接地方式的發(fā)展

隨著城市建設(shè)步伐的加快，城市框架不斷的拉大，城市中壓電網(wǎng)(6－35千伏系統(tǒng))規(guī)模也隨之增大，再加上近幾年電力電纜線路的大量采用，中壓電網(wǎng)系統(tǒng)的電容電流水平急劇增加，這給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了一些問(wèn)題：系統(tǒng)單相接地時(shí)較大的電容電流產(chǎn)生的跨步電壓和接觸電壓對(duì)人身安全將構(gòu)成極大的威脅；單相接地電弧不易熄滅，電弧接地產(chǎn)生的弧光過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣的威脅；系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間帶單相故障運(yùn)行容易發(fā)展成為相間短路或三相故障。

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式主要有兩大類(lèi)：凡是單相接地電弧能夠瞬間白行熄滅者，屬于小電流接地方式，主要有中性點(diǎn)諧振(經(jīng)消弧線圈)接地方式、中性點(diǎn)不接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式等。凡是需要斷路器遮斷單相接地故障者，屬于大電流接地方式，主要有中性點(diǎn)直接接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)低電抗、中電阻和低電阻接地方式等。

由于工業(yè)發(fā)展較快，使電力傳輸容量增大，距離延長(zhǎng)，電壓等級(jí)逐漸升高，電力系統(tǒng)的覆蓋范圍不斷擴(kuò)大。在這種情況下發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流在故障點(diǎn)形成的電弧不能自行熄滅，同時(shí)，間歇電弧產(chǎn)生的過(guò)電壓往往又使事故擴(kuò)大，顯著的降低了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。由單相接地引起中壓電網(wǎng)的故障和異常，具有多發(fā)性、隱蔽性、廣泛性、不可預(yù)見(jiàn)性及多樣性等特點(diǎn)，應(yīng)予以高度重視，找出原因及制定措施加以解決。

單相接地對(duì)中壓電網(wǎng)的影響，主要取決于系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、過(guò)電壓、繼電保護(hù)、通信干擾、系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃及資金投入、電網(wǎng)現(xiàn)狀和有關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、接地裝置等問(wèn)題有密切的關(guān)系。

為了解決系統(tǒng)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，世界上兩個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家分別采取了不同的解決途徑。德國(guó)為了避免對(duì)通信線路的干擾和保證鐵路信號(hào)的正確動(dòng)作，采用了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，消除瞬間的單相接地故障：美國(guó)采用了中性點(diǎn)直接接地和經(jīng)低電阻接地方式，并配合快速繼電保護(hù)，瞬時(shí)跳開(kāi)故障線路。這兩種具有代表性的解決方法，對(duì)以后電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。

2 中壓電網(wǎng)不同接地方式比較

目前，中壓電網(wǎng)有代表性的接地方式分為四種：中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)詣?wù)窠拥胤绞健⒅行渣c(diǎn)經(jīng)低電阻和中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地方式。

2.1中性點(diǎn)不接地方式適用于單相接地故障電容電流小于10安培、以架空線路為主的配電網(wǎng)。此類(lèi)型電網(wǎng)瞬時(shí)性單相接地故障占故障總數(shù)的60％～70％，希望瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)不馬上跳閘。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：①單相接地故障電流小于10安培，瞬時(shí)性單相接地故障點(diǎn)電弧可以自熄，熄弧后故障點(diǎn)絕緣可以自行恢復(fù)。②單相接地時(shí)不破壞系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，以便查找故障線路。③通訊干擾小。④簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。⑤單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地工頻電壓升高3倍，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，各種設(shè)備的絕緣要按線電壓的要求來(lái)設(shè)計(jì)。⑥當(dāng)單相接地故障電流大于10安培時(shí)，可能產(chǎn)生過(guò)電壓倍數(shù)相當(dāng)高的間歇性電弧接地過(guò)電壓，對(duì)網(wǎng)內(nèi)絕緣較差的設(shè)備、有絕緣弱點(diǎn)的設(shè)備、絕緣強(qiáng)度較低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)等都存在較大的威脅，在一定程度上影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。⑦易發(fā)生諧振過(guò)電壓引起電壓互感器熔斷器熔斷、燒毀電壓互感器的事故常有發(fā)生。

2.2中性點(diǎn)諧振接地方式目前，諧振接地方式一般采用自動(dòng)跟蹤消弧線圈，具有以下特點(diǎn)：①利用消弧線圈的感性電流對(duì)電網(wǎng)的對(duì)地電容電流進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償，使單相接地故障電流限制在10安培以?xún)?nèi)，對(duì)人身安全有利。②瞬時(shí)性單相接地故障點(diǎn)電弧可以自熄，熄弧后故障點(diǎn)絕緣可以自行恢復(fù)。③可以減少間隙性弧光接地過(guò)電壓的發(fā)生概率。④單相接地時(shí)不破壞系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，以便查找故障線路。⑤可以根除電壓互感器鐵芯飽和過(guò)電壓。⑥操作過(guò)電壓一般能抑制在2.8倍相電壓以下。⑦限制電纜故障的發(fā)生和擴(kuò)大。根據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，電纜故障的66％是由外皮向內(nèi)部發(fā)展的。電纜本體對(duì)地絕緣能力的喪失是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程。采用自動(dòng)跟蹤消弧線圈接地方式對(duì)三相對(duì)地導(dǎo)納的不平衡十分敏感，可以在故障起始階段便能被反映出來(lái)。如果處理及時(shí)，就可防止絕緣被擊穿。萬(wàn)一擊穿，由于故障點(diǎn)的殘余電流很小，很難形成相間短路事故。⑧通訊干擾小。⑨運(yùn)行管理比較簡(jiǎn)單。⑩單相接地故障時(shí)，非故障相工頻電壓最高升到3相電壓。⑩對(duì)于電容電流很大的配電網(wǎng)，如果通過(guò)補(bǔ)償要使單相接地故障電流殘流小于10安培，就必須使系統(tǒng)保持較小的脫諧度，系統(tǒng)的脫諧度過(guò)小，對(duì)由于三相電容不對(duì)稱(chēng)引起的中性點(diǎn)位移電壓會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的放大作用，容易使中性點(diǎn)電壓偏移超過(guò)規(guī)程允許值。⑥尋找單相接地故障線路困難，目前小電流接地選線裝置的選線正確率還不理想，往往還要采用試?yán)ā?/p>

2.3中性點(diǎn)低電阻接地方式適用于以電纜線路為主、瞬時(shí)性單相接地故障很少的、系統(tǒng)電容電流比較大、網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)合理、自動(dòng)化水平高的中壓電網(wǎng)。中性點(diǎn)低電阻接地方式的特點(diǎn)：①可以降低工頻過(guò)電壓，單相接地故障時(shí)非故障相電壓小于3倍相電壓.且持續(xù)時(shí)間很短。②有效地限制弧光接地過(guò)電壓，在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配網(wǎng)中，當(dāng)接地電弧熄弧后，系統(tǒng)對(duì)地電容中的殘荷將通過(guò)中性點(diǎn)電阻泄放掉，在下一次燃弧時(shí)其過(guò)電壓幅值和從正常運(yùn)行情況發(fā)生單相接地故障時(shí)的情況相同，不會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。中性點(diǎn)電阻阻值越小，泄放殘荷越快。適當(dāng)選擇中性點(diǎn)電阻值，可以將過(guò)電壓倍數(shù)限制在2.8倍相電壓以下。③中性點(diǎn)電阻相當(dāng)于在諧振回路中并接一個(gè)阻尼電阻，由于電阻的阻尼作用，基本上可以消除系統(tǒng)的各種諧振過(guò)電壓。試驗(yàn)表明，只要中性點(diǎn)電阻不是太大(不大于1500歐姆)，就可以消除各種諧振過(guò)電壓，電阻值越小，消除諧振的效果越好。④中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單的配置零序過(guò)流保護(hù)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，當(dāng)故障電流達(dá)到零序保護(hù)動(dòng)作值時(shí)零序保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)本線路的斷路器。⑤在低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，當(dāng)故障電流達(dá)到零序保護(hù)動(dòng)作值時(shí)可以在很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，將電源切除，這就大大降低了人員接觸帶電故障設(shè)備的機(jī)會(huì)。⑥有利于提高系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行水平。由于系統(tǒng)的工頻電壓升高和暫態(tài)過(guò)電壓倍數(shù)較低，對(duì)采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備則安全可靠性和設(shè)備使用壽命有所提高。⑦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)，故障點(diǎn)流過(guò)的電流遠(yuǎn)大于諧振接地和不接地系統(tǒng)，故障點(diǎn)的高溫電弧、跨步電壓和接觸電壓對(duì)人和動(dòng)物構(gòu)成較大威脅。當(dāng)故障電流達(dá)不到零序保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，則對(duì)人身安全更加不利。⑨中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，對(duì)通信、電子設(shè)備干擾大，綜合投資相對(duì)較高。

2.4中性點(diǎn)中電阻接地方式為了避免或減輕低電阻接地方式的缺點(diǎn)，而又要克服高電阻接地時(shí)過(guò)電壓水平與絕緣水平高、繼電保護(hù)運(yùn)行不可靠等弊端，有些國(guó)家采用了折衷方案——中電阻接地，以求將接地故障電流限制到100～200安培，同時(shí)還能滿足下列各方面的要求：①應(yīng)保證IR=(1.0～1.5)lC(IR為單相接地短路電流的阻性分量，IC為單相接地短路電流的容性分量)，以限制內(nèi)部過(guò)電壓水平不超過(guò)2.6倍。分析表明：進(jìn)一步增大IR(即減小電阻)，對(duì)降低內(nèi)過(guò)電壓水平已收效不大。由此可按Ic推算出應(yīng)選用的阻值；②應(yīng)保證接地保護(hù)的靈敏度和選擇性，網(wǎng)內(nèi)發(fā)生單相接地故障時(shí)即予快速切除；③應(yīng)滿足設(shè)備和人身安全方面的要求，為此需分別按通信干擾、設(shè)備安全、人身保安等幾方面進(jìn)行驗(yàn)算，使之在接地電阻不大于0.5幅的發(fā)電廠和變電所內(nèi)，上述幾方面均能符合規(guī)定。