10kv 配電系統中性點經小電阻接地方式初探

周日龍 葉志申

摘要: 10kV 配電網中性點通常可分為不接地系統、經電阻接地系統和經消弧線圈接地系統。本文主要介紹10kv 配電系統中性點經小電阻接地方式的構成、保護方式和計量方式。

關鍵詞: 10kv 配電網中性點接地方式小電阻接地

1引言

10kV 配電網中性點通?？煞譃椴唤拥叵到y、經電阻接地系統和經消弧線圈接地系統。由于選擇接地方式是一個涉及線路和設備的絕緣水平、通訊干擾、繼電保護和供電網絡安全可靠等因素的綜合性問題, 所以我國配電網和大型工礦企業的供電系統做法各異。以前, 10kV 架空電力線路大都采用中性點不接地和經消弧線圈接地的運行方式。近年來隨著10kV 系統規模的擴大和電纜應用的普及, 一些城市電網大力推廣電阻接地的運行方式, 使得10kv 系統的中性點接地方式、中性點選擇、計量方式、繼電保護配置與10kV絕緣系統有了很大區別。

2配電網中性點接地方式運用現狀

一般架空線路的小電網, 網絡電容電流小, 可選用中性點不接地系統。架空線路的大電網, 網絡電容電流較大, 可選用中性點經消弧線圈接地系統。城市電纜配電網, 網絡結構較好, 可選用中性點經中值或低值電阻器接地系統。若要求補償網絡電容電流限制接地故障

入地電流, 還可選用中性點經中值電阻器與消弧線圈并聯的接地方式。

3中性點經電阻接地方式定義及阻值選擇

( 1) 定義: 電力系統中性點通過一電阻接地, 其單相接地時的電阻電流被限制到等于或略大于系統總電容充電電流值。 此種接線方式屬于中性點有效接地系統,即大電流接地系統。和消弧線圈接地方式相比, 改變了接地電流相位, 加速泄放回路中的殘余負荷, 促使接地電弧自熄, 降低弧光過電壓, 同時提供足夠的零序電流和零序電壓, 加速切除故障線路。

( 2) 中性點電阻值的選擇

根據有關文獻資料, 從降低內部過電壓考慮, 根據計算機模擬計算, 選擇原則為RN ≦1/ ( 3C) 。這樣選有幾個好處: 一是RN 是發生單相接地故障時, 系統對單相接地故障電流出現的最大值; 二是非故障相的最大工頻諧振電壓≦2. 8U相; 三是能滿足零序保護的靈敏度要求。

4建立系統中性點的方式

最簡單的方式是利用電源變壓器星形繞組的中性點來連接中性點電阻器, 但實際上, 大多數配電網電源變壓器是y / d 型, 二次側采用的是△連接, 必須采用專用接地變壓器才能獲得中性點。對于這一類變壓器中性點接地的常見連接方式是: 1) 直接接入y / d 專用接

地變壓器, 如圖1所示, 該接地變壓器采用一臺y/ d 接線零序阻抗較小的三柱芯式變壓器, 其一次星形繞組中性點直接連接中性點電阻器, 二次接成三角形繞組,可以減小單相接地故障時變壓器中的零序壓降。2) 直接接入三相曲折形接地變壓器, 這也就是常說的“Z”形變壓器, 它由6 個相同的繞組連成三相曲折形。

該變壓器采用Z 型接線, 與普通變壓器的區別是每相線圈分別繞在兩個磁柱上, 這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通, 而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通, 所以Z 型接地變壓器的零序阻抗很小, 而普通變壓器要大得多。

5單相接地故障電流分布特點比較

以下分析中, 設每條線路三相對地電容相等, 分別以集中參數C1、C2、C3 表示, L 1、L 2、L 3 表示三條出線。規定電流從母線指向線路為正方向。

( 1) 中性點不接地系統: 假設A 相金屬性接地, 可畫出單相接地故障時的零序網絡及向量圖見圖2。

規定電流從母線指向線路為正方向，零序電流與零序電壓的關系是：

通過以上分析, 可得出結論: 1) 全電網都將出現零序電壓; 2) 非故障線路上流過的零序電流等于本支路對地電容電流; 3) 故障線路上流過的零序電流等于全系統非故障線路對地電容電流之和。

( 2) 當此電網中性點經電阻接地時, 設中性點電阻為RN , 則可得到發生單相接地故障時的零序網絡及向量圖, 如圖3所示。

( 3) 中性點經消弧線圈接地時, 等值電路與向量圖4。

各線路始端所放反映的零序電流為：

可見非故障線路中的零序電流情況仍與中性點不接地系統相同, 但故障線路始端所反映的零序電流3I°0f比中性點不接地系統增加了一個感性電流分量- I°L ,其方向超前3U°090°。

6防御單相接地故障的繼電保護

從以上分析可知, 在中性點不接地或經消弧線圈接地的配電系統中發生單相接地故障時, 無零序電流、非故障相電壓升高3 倍, 繼電保護裝置一般配置絕緣監察裝置并只發預告音響信號。中性點經小電阻接地后, 對單相故障而言, 故障電流增大, 并有零序電流產生, 因而保護配置應增加零序保護并作用于跳閘。根據經驗, 10kV 出線為電纜時,加裝零序電流互感器, 采用套在三相電纜上的單個CT方式, 避免CT 的誤差和飽和差異所造成的不平衡電

流。保護配置宜采用兩階段式的零序電流保護—— 零序電流速斷保護和零序電流過流保護。為了保證繼電保護的選擇性, 零序電流速斷保護動作電流應躲過被保護線路的單相接地電容電流。10kV 線零序電流保護, 只能用三相電流互感器的零序過濾器或零序差動保護。

7計量方式

對于中性點不接地10kV 的計量方式, 一般采用三相三線計量方式, TV 采用V/ V 接線。但10kV 系統中性點采用經小電阻接地后, 計量方式如何呢? 根據DL/ T 448- 2000《電能計量裝置技術管理規程》之電能計量裝置的接線方式: 1) 接入中性點絕緣系統的電能計量裝置, 應采用三相三線有功、無功電能表, 接入非中性點絕緣系統的電能計量裝置應采用三相四線有功、無功電能表或3 只感應式無止逆單相電能表; 2) 接入中性點絕緣系統的3 臺電壓互感器, 35kV 及以上的宜采用Y/ y 方式接線; 35kV 以下的宜采用V / V 方式接線。接入非中性點絕緣系統的3 臺電壓互感器, 宜采用Yo / yo 方式接線。其一次側接地方式和系統接地方式相一致。

根據DL/ T 825- 2002《電能計量裝置安裝接線規則》之4. 1. 2 高壓計量之4. 1. 2. 1 中性點非有效接地系統一般采用三相三線有功、無功電能表, 但經消弧線圈等接地的計費用戶且年平均中性點電流大于0. 1%I N( 額定電流) 時, 也應采用三相四線有功、無功電能表。

4. 1. 2. 2 中性點有效接地系統應采用三相四線有功、無功電能表。

10kV 系統中性點采用經小電阻接地屬于中性點有效接地系統, 因此計量方式宜為三相四線計量方式,TV 接法為Yo/ y o 方式接線。

8結論

( 1) 電網中性點經電阻接地后, 對電弧接地過電壓有較大的抑制作用, 從而有效地抑制過電壓對電機、電纜絕緣的危害, 保證了用電設備的安全運行;

( 2) 對于單相接地電容電流較小, 高壓電動機和電纜線路較多的電網, 運行多年后, 電纜的絕緣將降低和老化, 更易遭受異常過電壓的襲擊和破壞, 所以宜采用中性點經電阻接地方式。為防止單相接地發展為相間短路, 單相接地故障應立即作用于跳閘。

( 3) 中性點經電阻接地系統實現簡單, 接地設備結構簡單、容易維修, 中性點電阻一旦接入不用經常改變, 所需設備和投資不多, 但經濟效益顯著。

參考文獻

[ 1] 配電安全技術[ M] . 機械工業出版社, 牟龍華. 孟慶海編著

[ 2] DL/ T 448- 2000《電能計量裝置技術管理規程》.

[ 3] 電力系統繼電保護原理[ M] . 清華大學出版社,王維儉

（作者單位：東莞市常平供電公司）

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。