淺談電力系統中性點的接地方式

李 瑩

[摘 要]供配電系統的中性點接地方式涉及電網的安全運行,供電可靠性,過電壓和絕緣的配合,繼電保護,接地設計等多個因素,而且對通信和電子設備的電子干擾、人身安全等方面有重要影響。目前供配電系統的接地方式主要有中性點不接地、中性點直接接地、中性點經電阻接地和中性點經消弧線圈接地四種,本文對這四種中性點接地方式進行了分析與比較。

[關鍵詞]中性點;接地系統

電力系統中性點接地方式是指電力系統中的發電機和變壓器的中性點與地的連接方式。可以分為大接地電流系統和小接地電流系統,前者即中性點直接接地電流系統,后者又分為中性點不接地系統和中性點經消弧線圈或電阻接地系統。由于各國電力技術的水平和條件、運行經驗等因素的不同,各個國家對這個問題的處理方式不盡相同,掌握各級電力系統采用何種接地方式,對于電力系統中的工作人員都是很重要的。

一、大接地電流系統

大接地電流系統,即將中性點直接接地。該系統運行中若發生一相接地故障時,就形成單相接地短路,線路上將流過很大的短路電流,使線路保護裝置迅速動作,斷路器跳閘切除故障。大電流接地系統在發生單相接地故障時,中性點電位仍為零,非故障相對地電壓基本不變,這是它的最大優點。因此在這種系統中的輸電設備絕緣水平只需按電網的相電壓考慮,較為經濟。此外,該系統單相接地故障時,不會產生間歇性電弧引起的過電壓,不會因此而導致設備損壞。

中性點直接接地系統缺點也很多,首先是發生單相接地故障時,不允許電網繼續運行,防止短路電流造成較大的損失,因此可靠性不如小接地電流系統。其次中性點直接接地系統在運行中若發生單相接地故障時,其接地點還會產生較大的跨步電壓與接觸電壓。此時若工作人員誤登桿或誤碰帶電導體,容易發生觸電傷害事故。對此需要加強安全教育以避免事故。再次,中性點直接接地系統單相接地故障時產生的接地電流較大,對通訊系統的干擾影響也大,特別是當電力線路與通訊線路平行走向時,由于耦合產生感應電壓,對通訊造成干擾。

二、小接地電流系統

小電流接地系統,即中性點不接地或經消弧線圈或電阻接地系統。小接地電流系統可分為中性點不接地系統,中性點經消弧圈接地或經電阻接地系統。

1.中性點不接地系統。中性點不接地系統,即中性點對地絕緣。這種接地方式結構簡單,運行方便,不需任何附加設備,投資經濟。適用于lOkV架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網絡。中性點不接地系統優點在于發生單相接地故障時,由于接地電流很小,若是瞬時故障,一般能自動熄弧,非故障相電壓升高不大,不會破壞系統的對稱性,根據安規規定,系統發生單相接地故障后可允許繼續運行不超過兩小時,從而獲得排除故障時間,相對地提高了供電的可靠性。中性點不接地方式缺點在于因其中性點是絕緣的,電網對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。在發生弧光接地時,電弧的反復熄火與重燃,也是向電容反復充電過程。由于對地電容中的能量不能釋放,造成電壓升高,從而產生弧光接地過電壓或諧振過電壓,其值可達很高的倍數,對設備絕緣造成威脅。

2.中性點經消弧線圈接地。中性點經消弧線圈接地系統,即將中性點通過一個電感消弧線圈接地。中性點經消弧線圈接地的優點在于其能迅速補償中性點不接地系統單相接地時產生電容電流,減少的弧光過電壓的發生。雖然中性點不接地系統具有發生單相接地故障仍可以繼續供電的突出優點,但也存在產生間歇性電弧而導致過電壓的危險。當接地電流大于30A時,產生的電弧往往不能自熄,造成弧光接地過電壓概率增大,不利于電網安全運行。而消弧線圈是一個具有鐵心的可調電感,當電網發生接地故障時,接地電流通過消弧線圈時呈電感電流,對接地電容電流進行補償,使通過故障點的電流減小到能自行熄弧范圍。而當電流過零而電弧熄火后,消弧線圈尚可減少故障相電壓的恢復速度,從而減少了電弧重燃的可能,有利于單相接地故障的消除。此外,通過對消弧線圈無載分接開關的操作,使之能在一定范圍內達到過補償運行,從而達到減小接地電流。這可使電網持續運行一段時間,相對地提高了供電可靠性。

中性點經消弧線圈接地系統的缺點主要在于零序保護無法檢出接地的故障線路。當系統發生接地時,由于接地點殘流很小,且根據規程要求消弧線圈必須處于過補償狀態,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、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。其次,消弧線圈本身是感性元件,與對地電容構成諧振回路,在一定條件下能發生諧振過電壓。再次,中性點經消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率,還是不能徹底消除弧光接地過電壓,也不能降低弧光接地過電壓的幅值。

3.中性點經電阻接地。中性點經電阻接地系統,即中性點與大地之間接入一定電阻值的電阻。該電阻與系統對地電容構成并聯回路,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,對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓。有一定優越性。另外采用電阻接地方式的變電所當發生一相金屬性接地后,健全相電壓上升至系統電壓,接地跳開后,三相電壓迅速恢復到正常值,接地點電流值由系統電容電流的大小和中性點電阻值共同決定。在發生非金屬性接地時,受接地點電阻的影響,流過接地點和中性點的電流比金屬性接地時有顯著降低,同時,健全相電壓上升也顯著降低,零序電壓值約為單相金屬性接地的一半。由此可見,采用中電阻接地方式能在單相接地故障時產生限流降壓作用,對設備絕緣等級要求較低,其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

中性點經電阻接地系統的缺點在與由于接地點的電流較大,當零序保護動作不及時或拒動時,將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害,導致相間故障發生。此外當發生單相接地故障時,無論是永久性的還是非永久性的,均作用于跳閘,使線路的跳閘次數大大增加,影響了用戶的正常供電,使其供電的可靠性下降。

總之,在三相交流電力系統中,采用哪種接地方式要根據電壓等級的高低、系統容量的大小、線路的長短和運行氣象條件等因素經過技術經濟綜合比較來確定的,以達到較好的工程效果。

參考文獻:

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(編輯/永安)