關于中性點經小電阻接地方式在運行中存在問題分析(黃)

關于配電網中性點經小電阻接地方式的分析李景祿1、李政洋1、張春輝21.長沙理工大學 湖南長沙 2.長沙信長電力科技有限公司 湖南長沙（）摘要：本文對配電網中性點小電阻接地方式、對鐵磁諧振過電壓的消除、對弧光接地過電壓的限制及對電網的適用性進行了分析。分析了小電阻接地方式故障點的接地阻抗對零序保護的影響，特別對比分析了架空線路絕緣子閃絡造成的瞬時性故障和架空絕緣導線斷線接地時對零序保護的影響，認為：小電阻接地方式使供電可靠性下降的原因是架空線路絕緣子閃絡時故障電流大，足以啟動零序保護，而在架空絕緣導線斷線接地時由于接地點接地電阻大會使零序保護“失靈”。因而小電阻接地方式僅適用于純電纜網絡，不適用于架空線路為主或架空電纜混合網。關鍵詞：小電阻接地方式、單相斷線、過渡電阻接地、人身安全Analysis of Neutral Point via Small Resistance Grounding Method Of Distribution Network Li Jinglu1、Li Zheng Yang1、Zhang Chunhui2(1. Changsha University of Science and Technology.Changsha ,China;2.Changsha Xinchang Power technology co., LTD.Changsha ,China)Abstract: In this paper, the distribution network neutral point via small resistance grounding method, elimination of ferroresonance overvoltage, the limitation on the over-voltage of arc light earthing and analyzes the applicability of the power grid. Analysis of the impact of small resistance grounding fault point grounding impedance of zero-sequence protection.Special analysis of the overhead line insulator flashover caused by instantaneous fault and overhead insulated wire break ground on the influence of zero sequence protection.Draw the conclusion: the cause of the small resistance grounding mode led to the decrease of the power supply reliability is overhead line insulator flashover fault current is large enough to start the zero-sequence protection,in overhead insulated conductor break ground, because the ground point grounding resistance congress to make zero-sequence protection failure.So small resistance grounding method applies only to pure cable network, is not suitable for overhead line or aerial cable hybrid network.Key words: Small resistance grounding method;Single-phase line break;Transition resistance grounding;The personal safety0、引言 配電網中性點經小電阻接地方式由于內過電壓水平低，在單相接地故障發(fā)生時可以通過零序保護及時切除故障線路而廣泛應用于以純電纜線路為主的配電網。但是近年來由于配電網經消弧線圈接地方式存在的安全問題而發(fā)生了多起安全事故，于是有些本來是架空電纜混合網或以架空線為主的配電網也改為小電阻接地方式，但這樣一來不但造成了供電可靠性的下降，在發(fā)生絕緣導線斷線時也發(fā)生了零序保護失靈，不能及時切斷故障線路而造成的安全問題。因而有必要對中性點經小電阻接地方式進行認真的分析，從而對這種接地方式的適用性給出正確的評價。1、配電網中性點經小電阻接地方式的特點配電網中性點小電阻接地方式主要應用于以電纜為主的配電網，這種接地方式是在電網的中性點接入一個阻值在10-20的電阻，把配電網由非有效接地系統(tǒng)轉變?yōu)橛行Ы拥叵到y(tǒng)，各饋線配零序保護，在發(fā)生單相接地時，啟動零序保護把故障線路切除。配電網中性點經小電阻接地方式的主要特點為：（1）內過電壓水平低，因為影響配電網主要的、也是最常發(fā)生的內過電壓為電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓和單相接地時間歇性電弧引起的弧光接地過電壓。對鐵磁諧振過電壓的消除、因在小電阻接地方式時，由于在零序回路里小電阻與電磁式電壓互感器的勵磁電抗是并聯(lián)的，小電阻的存在有效地阻尼和制約小電磁式電壓互感器因磁飽和引起的鐵磁諧振過電壓。對弧光接地過電壓的限制、弧光接地過電壓是配電網發(fā)生單相接地時故障點產生間歇性的熄弧與重燃引起電網電容上的電場能量與電感磁場能的強烈振蕩造成的。在小電阻接地方式時當接地電流較小時，也會產生間歇性的電弧，但由于有小電阻的存在，對電網電容上的電荷提供了一個泄放通道，對電網電感電磁振蕩起到了有效的阻尼，所以小電阻接地方式能有效地限制弧光接地過電壓。因小電阻接地方式的過電壓水平低，不會危及電氣設備的絕緣，單相接地故障時，非故障相電壓升高較小，發(fā)展相間短路的幾率較小。（2）單相接地故障時快速切除故障線路、因小電阻接地方式配零序保護，在配電網發(fā)生單相接地故障時，通過電阻向故障饋線提供100-600A的阻性零序電流，啟動零序保護切除故障線路，不存在消弧線圈接地方式的選線難題因而受到廣泛的重視，尤其是北京、上海、廣州、深圳等大城市配電網得到廣泛的應用。2、配電網中性點小電阻接地方式適用性分析2.1、小電阻接地方式應用于純電纜網絡純電纜網絡由于電纜線路大都埋在地下，雖然有部分電纜線路架空但芯線外部有接地的金屬屏蔽層保護，因而純電纜網絡受雷電的影響小一般不會發(fā)生雷害事故?，F(xiàn)在廣泛應用的是交聯(lián)聚乙烯電纜。交聯(lián)聚乙烯電纜除了相間主絕緣是交聯(lián)聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形之外，還有兩層半導體屏蔽層。在芯線的外表面包第一層半導體屏蔽層，它可以克服導體電暈及電離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡；在相間絕緣外表面包第二層半導體膠，同時加包了一層0.1mm厚的薄銅帶，它組成了良好的相間屏蔽層，它保護著電纜，使之幾乎不能發(fā)生相間故障。引起電纜絕緣故障的原因是多方面的，運行經驗表明，電纜運行中的事故大多是由于外力破壞，或地下污水的腐蝕等所引起的。由于電纜頭和電纜中間接頭處由于受電場畸變的影響最易發(fā)生擊穿故障，在架空電纜混合網，電纜與架空線路的連接處電纜頭還易受雷電過電壓的作用發(fā)生擊穿。電纜的故障一般分為高阻故障和低阻故障，但電纜一旦發(fā)生故障則一定是永久性故障，所以對電纜網絡使用消弧線圈接地是不合適的，因為即使消弧線圈補償后的殘流控制得再好，也不能把故障消除，再者，為了便于故障點查找對高阻故障還需要通過故障電流對故障點“燒穿”降阻，把高阻故障轉化為低阻故障。從這個角度講，小電阻接地方式對故障電流的放大正好起到這一作用。小電阻接地方式能有效限制配電網的內過電壓，發(fā)生故障時能及時切斷故障線路，因而特別適用于純電纜網絡。2.2、小電阻接地方式應用于架空線路配電網架空線路構成的配電網的故障主要是雷擊、污閃造成緣緣子閃絡，其瞬時性單相接地故障占85%左、右。為了保證配電網的供電可靠性，希望在發(fā)生瞬時性單相接地故障時能夠熄弧而不跳閘。如配電網中性點采用小電阻接地方式，因桿塔有接地裝置，一旦絕緣子閃絡就是金屬接地，其接地電流為： （1）式中：-故障點的單相接地電流；-由零序電阻回路提供的阻性電流；-電網電容電流。因為線路絕緣子閃絡時，流過故障點的阻性電流接為： （2）式中：-小電阻提供的阻性電流；-中性點位移電壓；-小電阻的阻抗值；-小電阻接地處的接地阻抗值。此時，流過故障點的電容電流也接近全部的電網電容電流，與接地阻性電流疊加，流過故障饋線的電流會達到零序保護的動作值，會啟動零序保護使線路跳閘。特別是在多雷區(qū)，雷擊故障多，但大多數(shù)雷擊閃絡時，絕緣子并沒被破壞，是瞬時性故障如若采用小電阻接地方式必然會跳閘，會由雷擊跳閘使配電網供電可靠性大幅度下降。2010年廣州供電公司發(fā)生10kv導線雷擊斷線并落地造成2人3命的人身傷亡事故后，把所有的消弧線圈接地方式都更換為電阻接地方式，結果造成了供電可靠性大幅度下降。對于架空線路而言，其永久性接地故障主要為絕緣子對地擊穿、導線斷線接地、線路上的避雷器擊穿接地，因現(xiàn)在配電網使用的絕緣子的絕緣水平和質量一般較高，一般都會發(fā)生沿面閃絡而不會造成永久性擊穿；配電線路上使用的避雷器也由于帶自動脫離器而不會使線路發(fā)生永久性的接地。而現(xiàn)在由于架空絕緣導線的大量使用而頻繁發(fā)生絕緣導線斷線接地故障。絕緣導線斷線原因有：剪切疲勞斷線、樹木摩擦斷線和雷擊斷線，架空絕緣導線的斷線故障是結構性的問題，很難通過對線路的正常巡視檢查和檢修來預防，以至于架空絕緣導線斷線故障頻繁發(fā)生，斷線接地會對人身安全構成極大的安全風險，國內發(fā)生了多次因架空絕緣導線斷線接地而產生的人身安全事故。為了解決絕緣導線斷線接地帶來的人身安全問題，有些地方把以架空線路和架空電纜為主的配電網改為小電阻接地方式，希望在絕緣導線斷線接地時通過零序保護切除故障線路來解決人身安全問題。小電阻接地方式直能解決絕緣導線斷線接地帶來的人身安全問題？答案是否定的，因為在架空絕緣導線斷線接地時，由于在導線落地點沒有接地裝置，如絕緣導線的裸露長度小，故障點土壤電阻率高或導線與大地接觸不可靠，則導線與大地間的接地阻抗就較高，此時流過故障點的阻性電流為： （3）式中：-流過故障點的入地電流；-電網相電壓；-故障點的接地阻抗。在小電阻接地系統(tǒng)中，單相接地時流過故障點的阻性電流較大，一般在400600A范圍內，所以可以按照確保零序保護的可靠動作來確定零序電流互感器的變比。因零序保護的整定值要大于變電站上單回饋線的最大對地電容電流，在中心變電站一般零序保護的動作值應整定40A，這樣故障點的對地過渡電阻在大于150時，因故障電流達不到零序保護的動作值會使“零序保護失靈”，在故障點的對地過渡電阻小于140時零序保護才能可靠動作。設10kv架空線路的桿塔接地電阻=30，當線路絕緣子雷擊閃絡時，流過故障回路的阻性故障電流可達100A以上，再疊加上電網的電容電流滿足零序保護的靈敏度沒有問題。但是若發(fā)生架空線路單相導線斷線落地，特別是現(xiàn)在的架空線路一般采用絕緣導線，而絕緣導線由于雷擊、或對樹磨損最易發(fā)生單相絕緣導線斷線落地，而斷線落地處由于沒有接地裝置，導線對地的接地阻抗為經過渡電阻接地，其接地阻抗取決于導線與大地接觸的長度、落地點的土壤電阻率和導線與大地的接觸情況。而絕緣導線斷線，一般導線的裸露長度小，在落地故障點土壤電阻率較高時，或導線與大地接觸不可靠時，都會造成故障點接地阻抗較高，故障電流小滿足不了零序電流靈敏度的要求，電網的零序保護就會“失靈”，故障線路不跳閘。另外，故障點接地阻抗較高時，還會造成故障點的入地電流小，這樣即使把零序保護的整定值小40A，也會無法利用零序保護來切斷故障饋線，解決故障點的安全問題。因而小電阻接地方式無法解決架空線路單相導線斷線落地對人身安全風險問題。2.3、小電阻接地方式應用于架空電纜混合網現(xiàn)在許多配電網即不是純電纜構成的電網也不是純架空線路構成的電網，而是由架空線路和電纜線路組成的架空、電纜混合網。在由架空線路和電纜線路組成的架空、電纜混合網中，即有線路絕緣子閃絡產生的瞬時性故障，也有電纜擊穿所產生的永久性故障。在這種電網中用小電阻接地方式除了上面分析的特點外，就是在這種網絡中在架空線路與電纜線路的聯(lián)接處的電纜頭易發(fā)生故障，特別是易發(fā)生由架空線路帶來的雷擊故障。小電阻接地方式發(fā)生單相接地時流過故障點的電流為阻性電流與電網電容電流的疊加，在電纜頭發(fā)生單相接地時，由于過渡電阻小，流過故障點的電流大而電纜頭的相間距離小會使單接地發(fā)展為相間短路或引起電纜頭