10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式探討

【摘 要】配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式因?yàn)橹苯佑绊懙?0kV配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以對(duì)于城市日常用電來(lái)說(shuō)具有重要的意義。本文就10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行了探討，詳細(xì)分析了幾種常用的接地方式并進(jìn)行了比較，從而給出了10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇原則。

【關(guān)鍵詞】10kV配電網(wǎng)；中性點(diǎn)；接地方式

0 前言

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性技術(shù)課題，它不僅涉及到電網(wǎng)本身的安全可靠性、過(guò)電壓絕緣水平的選擇，而且對(duì)通訊干擾、人身安全有重要影響。過(guò)去我國(guó)10kV配電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式，20世紀(jì)80年代中后期為適應(yīng)城區(qū)電網(wǎng)的迅速發(fā)展，特別是電纜的大量使用后，出現(xiàn)了l0kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。當(dāng)然，每一種中性點(diǎn)接地方式各有其特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，因此，若想發(fā)揮出每一種中性點(diǎn)接地方式最大的用處，就要因地制宜地確定配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式。

1 各種配電網(wǎng)常用的接地方式的單相接地故障分析

1.1 中性點(diǎn)不接地

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)C相不完全接地故障的電路圖和矢量圖如圖1所示。

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)C相不完全接地故障

C相經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻Rd接地，各相對(duì)地電壓由下式表示：

分析式（5）可知，當(dāng)Rd變化時(shí)，矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓UC為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，如圖1（b）所示。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)C相不完全接地故障電路圖如圖2所示。

顯然在此系統(tǒng)中，式（2）將變?yōu)椋?/p>

分析式（9）可知，當(dāng)Rd變化時(shí)，可分3種情況討論：

（1）欠補(bǔ)償。矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓Uc為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，跟中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)完全一樣。

（2）全補(bǔ)償。矢量UNd始端固定在點(diǎn)C，此時(shí)C′等于0。

（3）過(guò)補(bǔ)償。矢量UNd始端的軌跡是以接地相電壓Uc為直徑的位于其逆時(shí)針一側(cè)的半圓，與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相位相反。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)只是將圖2的消弧線圈換成電阻R，顯然式（6）將變?yōu)椋?/p>

當(dāng)發(fā)生C相不完全接地故障時(shí)，隨著Rd的變化，矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓Uc為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，當(dāng)Rd為無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行，無(wú)接地現(xiàn)象；當(dāng)Rd=0時(shí)，系統(tǒng)處于金屬性單相接地狀態(tài)，流入接地點(diǎn)的電流為電阻電流和系統(tǒng)對(duì)地電容電流之和。

2 各種配電網(wǎng)接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.1 中性點(diǎn)不接地方式

10kV配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，由于三個(gè)線電壓大小不變，仍保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒(méi)有影響，故規(guī)程規(guī)定，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行2h，從而獲得選擇接地點(diǎn)并排除故障的時(shí)間，相對(duì)地提高了供電的可靠性，這是它的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，流過(guò)故障點(diǎn)電流僅為電網(wǎng)對(duì)地的電容電流，該電容電流超前電壓90°，當(dāng)故障點(diǎn)的電容電流在第一個(gè)半波過(guò)零熄弧時(shí)，加在故障點(diǎn)上的電壓正好為峰值，若電容電流過(guò)大，空氣游離嚴(yán)重，極易把故障點(diǎn)重新?lián)舸４笮凸さV企業(yè)10kV配電網(wǎng)大多采用電纜饋出，且饋出回路數(shù)較多，由于大型啟動(dòng)設(shè)備較多，負(fù)荷較重，每一饋出回路的電纜根數(shù)也較多，導(dǎo)致配電網(wǎng)單相接地電容電流較大，通常超過(guò)規(guī)程規(guī)定的30A。同時(shí)由于電纜敷設(shè)、中間頭及終端頭制作工藝、電纜溝進(jìn)水、外力施工破壞等原因，經(jīng)常出現(xiàn)電纜單相接地故障。

由于單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電弧不能自行熄滅，在發(fā)生弧光接地時(shí)，電弧的反復(fù)熄滅與重燃，產(chǎn)生間歇性弧光接地過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅，尤其是一些絕緣薄弱的設(shè)備，導(dǎo)致相間故障、火災(zāi)、多點(diǎn)故障，最終難免引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)，一些對(duì)電壓敏感的精密自動(dòng)化控制設(shè)備會(huì)保護(hù)性停機(jī)，給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更大的損失。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

變電站主變10kV側(cè)線圈大多采用三角形接線，故通常采用一次繞組為Z型連接的接地變壓器來(lái)引出10kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)。利用接于配電網(wǎng)中性點(diǎn)的消弧線圈的電感電流對(duì)單相接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使故障點(diǎn)的電流變得很小或接近于零，通過(guò)減小故障相電壓的恢復(fù)速度來(lái)減小電弧重燃的可能性，使高幅值過(guò)電壓出現(xiàn)的概率減小，同時(shí)使消弧線圈接地方式下的最大過(guò)電壓略低于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。這樣既減輕了間歇性弧光接地過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣的破壞程度，避免了更大事故的發(fā)生，又保留了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行2h，提高了供電可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

由于消弧線圈本身是感性元件，與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路，在參數(shù)匹配不適當(dāng)時(shí)就會(huì)發(fā)生諧振過(guò)電壓。同時(shí)由于消弧線圈補(bǔ)償后單相接地電流變小，目前按最大值原理或5次諧波原理構(gòu)成的小電流接地選線裝置在消弧線圈接地系統(tǒng)選線正確率太低，只能通過(guò)人工拉路選擇。

由于工礦企業(yè)配電網(wǎng)饋出多為電纜且回路數(shù)較多，在單相接地故障發(fā)生時(shí)，雖然弧光接地過(guò)電壓得到了一定的抑制，但故障點(diǎn)的弧光燃燒仍然存在，由于并列倒負(fù)荷時(shí)間較長(zhǎng)，往往還沒(méi)有選出接地點(diǎn)就出現(xiàn)了電纜放炮或一段母線數(shù)個(gè)高壓柜同時(shí)放炮、著火的嚴(yán)重事故，不但電氣設(shè)備損失大，停電修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線的影響也很大。

2.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式

采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式，由于電阻是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，可降低單相接地工頻過(guò)電壓，抑制弧光接地過(guò)電壓，大大降低了對(duì)設(shè)備絕緣的損害。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)慕拥仉娮柚担诖_保零序保護(hù)動(dòng)作靈敏度的前提下將接地電流控制在一定的范圍內(nèi)，通過(guò)階梯時(shí)限配合可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的有選擇性快速跳閘，由于保護(hù)動(dòng)作較快且單相短路電流較小，可有效避免火災(zāi)以及絕大多數(shù)相間短路故障的發(fā)生。同時(shí)由于單相接地故障的快速切除，避免了為尋找接地故障進(jìn)行的大量拉合閘操作以及由此產(chǎn)生的過(guò)電壓，同時(shí)也減少了發(fā)生人身安全事故的機(jī)會(huì)。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的缺點(diǎn)是增加了架空線路跳閘次數(shù)；當(dāng)接地變或電阻柜故障而退出運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的主變開(kāi)關(guān)必須同時(shí)打開(kāi)，擴(kuò)大了停電范圍。當(dāng)主變壓器或母線并列運(yùn)行時(shí)，不允許幾個(gè)電阻接地系統(tǒng)并列運(yùn)行，以免接地電流過(guò)大引起設(shè)備損壞。

3 結(jié)論

10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及到可靠供電、人身和設(shè)備安全、通訊干擾以及過(guò)電壓等方面的問(wèn)題。因此，對(duì)10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇顯得非常重要。在面對(duì)如何選擇10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的問(wèn)題上，我們應(yīng)該要結(jié)合當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)展水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面的實(shí)際情況，并且還要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展觀點(diǎn)，因地制宜地確定配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王輝.10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的研究[J].天津大學(xué)，2007.

[2]卓少偉.10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的研究[J].城市建設(shè)理論研究，2012（34）.

[責(zé)任編輯：湯靜]