淺析中壓電網(wǎng)中性點接地方式

引言近年來隨著我國國經(jīng)濟持續(xù)快快速的發(fā)展和和生活質(zhì)量的的改善，社會會現(xiàn)代化程度度的不斷提高高，科學技術術的不斷發(fā)展展，電能被廣廣泛地應用到到各個領域，電電力消費水平平大幅提高。電電力工業(yè)已在在社會主義現(xiàn)現(xiàn)代化建設中中占有十分重重要的地位，世世界上已把電電力工業(yè)發(fā)展展情況，作為為衡量一個國國家現(xiàn)代化水水平的標志之之一。大家知道，在三三相系統(tǒng)中都都有中性點，但但有的中性點點接地，有的的不接地。這這是因為電力力系統(tǒng)除正常常運行情況外外，往往會出出現(xiàn)各種故障障，其中最常常見的是單相相接地故障。為為了處理這種種故障，根據(jù)據(jù)不同供電系系統(tǒng)的情況，將將中性點采用用不同的運行行方式。目前前，我國供電電系統(tǒng)中常見見的中性點運運行方式有三三種：不接地地、經(jīng)消弧線線圈接地和直直接接地。前前兩種又稱非非直接接地。中性點采用的運運行方式不同同，會影響到到供電系統(tǒng)許許多方面的技技術經(jīng)濟問題題。如供電的的可靠性、電電氣設備和線線路的絕緣水水平、對通訊訊系統(tǒng)的干擾擾、繼電保護護的正確動作作等。因此，中中性點采用什什么樣的運行行方式，實際際上又是一個個涉及到供電電系統(tǒng)許多方方面的綜合性性技術問題。1概述中壓電網(wǎng)以355KV、10KV、6KV三個電壓等等級的電壓應應用較為普遍遍，其均為中中性點非接地地系統(tǒng)，但是是隨著供電網(wǎng)網(wǎng)絡的發(fā)展，特特別是采用電電纜線路的用用戶日益增加加，使得系統(tǒng)統(tǒng)單相接地電電容電流不斷斷增加，導致致電網(wǎng)內(nèi)單相相接地故障擴擴展為事故。我我國電氣設備備設計規(guī)范中中規(guī)定35KV電網(wǎng)如果單單相接地電容容電流大于10A，3KV—10KV電網(wǎng)如果接接地電容電流流大于30A，都需要采采用中性點經(jīng)經(jīng)消弧線圈接接地方式，而而《城市電網(wǎng)網(wǎng)規(guī)劃設計導導則》（施行行）第59條中規(guī)定“35KV、10KV城網(wǎng)，當電電纜線路較長長、系統(tǒng)電容容電流較大時時，也可以采采用電阻方式式”。因?qū)χ袎簤弘娋W(wǎng)中性點點接地方式，世世界各國也有有不同的觀點點及運行經(jīng)驗驗，就我國而而言，對此在在理論界、工工程界也是討討論的熱點問問題，在中壓壓電網(wǎng)改造中中，其中性點點的接地方式式問題，現(xiàn)已已引起多方面面的關注，面面臨著發(fā)展方方向的決策問問題。2中性點不不同的接地方方式與供電的的可靠性在我國中壓電網(wǎng)網(wǎng)的供電系統(tǒng)統(tǒng)中，大部分分為小電流接接地系統(tǒng)（即即中性點不接接地或經(jīng)消弧弧線圈或電阻阻接地系統(tǒng)）。在在中性點不接接地系統(tǒng)中，發(fā)發(fā)生單相接地地故障時，不不需要立即斷斷開故障部分分，不必中斷斷向用戶供電電，因而提高高了供電的可可靠性，這是是這種系統(tǒng)的的主要優(yōu)點。但但是，必須在在較短的時間間內(nèi)，一般允允許繼續(xù)運行行兩小時，迅迅速發(fā)現(xiàn)并消消除接地故障障，以免由于于未接地相對對地電壓長期期升高，而發(fā)發(fā)展成為多相相接地短路。所所以在這種系系統(tǒng)中，電氣氣設備和線路路的對地絕緣緣應按能承受受線電壓考慮慮設計，而且且應裝設交流流絕緣監(jiān)察裝裝置，當發(fā)生生單相接地故故障時，立即即發(fā)出信號通通知值班人員員。當線路不長，電電壓不高時，接接地電流數(shù)值值較小，接地地電弧一般均均能自動熄滅滅，特別是在在35KV以下的系統(tǒng)統(tǒng)中，絕緣方方面投資增加加不多，而供供電可靠性較較高的優(yōu)點突突出，中性點點采用不接地地運行方式較較合適。但當當電壓高、線線路長時，接接地電流值較較大，可能產(chǎn)產(chǎn)生穩(wěn)定電弧弧或間歇性電電弧。而且電電壓等級較高高時，整個系系統(tǒng)絕緣方面面的投資大為為增加，上述述優(yōu)點便不復復存在。目前前我國中性點點不接地系統(tǒng)統(tǒng)的適用范圍圍如下：(1)壓在5000V以下的三相相三線制裝置置；(2)3～100KV系統(tǒng)當接地地電流Ic≤30A時；(3)20～660KV系統(tǒng)當接地地電流Ic≤10A時；(4)與發(fā)電機機有直接電氣氣聯(lián)系的3～20KV系統(tǒng)，如要要求發(fā)電機帶帶內(nèi)部單相接接地故障運行，當接地電電流Ic≤5A時。當中壓電網(wǎng)不能能滿足以上條條件時，通常常采用中性點點經(jīng)消弧線圈圈接地或采用用中性點經(jīng)小小電阻接地的的運行方式。我我國采用經(jīng)消消弧線圈接地地方式已運行行多年，但近近幾年有部分分區(qū)域采用中中性點經(jīng)小電電阻接地方式式。我國規(guī)定定，凡不符合合采用中性點點不接地運行行方式的3～60KV系統(tǒng)，均可可采用中性點點經(jīng)消弧線圈圈接地的運行行方式。對于于中性點不接接地系統(tǒng)，因因其是一種過過度形式，其其隨著電網(wǎng)的的發(fā)展最終將將發(fā)展到上述述兩種方式，為為此本文對這這兩種接地方方式作以分析析。2.1中性點經(jīng)經(jīng)電阻接地方方式中性點經(jīng)電阻接接地方式在國國外從上世紀紀40年代已開始始使用。世界上主要要以美國為主主的部分國家家采用，原因因是美國在歷歷史上過高的的估計了弧光光接地過電壓壓的危害性，而而采用此種方方式，用以泄泄放線路上的的過剩電荷，來來限制此種過過電壓。19995年華力特電電氣公司率先先從美國PGR公司引進中中性點接地電電阻，先后在在深圳，上海海，北京，天天津，江蘇，福福建等地區(qū)供供電局及石化化，鋼鐵，地地鐵，發(fā)電廠廠行業(yè)使用。電電網(wǎng)中性經(jīng)電電阻接地方式式，目的是限限制接地故障障電流。中性性點經(jīng)電阻器器（每相零電電阻R0≤Xc00每相對地容容抗）接地，可可以消除中性性點不接地和和消弧線圈接接地系統(tǒng)的缺缺點，即降低低了瞬態(tài)過電電壓幅值，并并使靈敏而有有選擇性的故故障定位的接接地保護得以以實現(xiàn)。由于于這種系統(tǒng)的的接地電流比比直接接地系系統(tǒng)的小，故故對地電位升升高及對信息息系統(tǒng)的干擾擾和對低壓電電網(wǎng)的反擊都都減弱。因此此，中性點電電阻器接地系系統(tǒng)具有中性性點不接地及及經(jīng)消弧線圈圈接地系統(tǒng)的的某些優(yōu)點，也也多少存在這這兩種接地方方式的某些缺缺點。按限制制接地故障電電流大小的要要求不同，分分高、中、低低值電阻器接接地系統(tǒng)，它它們具體的優(yōu)優(yōu)缺點亦不同同。中性點經(jīng)高值電電阻的接地方方式的優(yōu)缺點點中性點經(jīng)高值電電阻接地系統(tǒng)統(tǒng)是限制接地地故障電流水水平為10A以下，高電電阻接地系統(tǒng)統(tǒng)設計應符合合每相零序電電阻R0≤Xc00（每相對地地容抗）準則則，以限制由由于間歇性電電弧接地故障障時產(chǎn)生的瞬瞬態(tài)過電壓。其其優(yōu)缺點如下下：(1)可防止和和阻尼諧振過過電壓和間歇歇性電弧接地地過電壓，在在2.5PP·U及以下；(2)接地電流流水平為10A以下，減小小了對地電位位升高；(3)接地故障障可以不立即即清除，因此此能帶單相接接地故障相運運行；(4)使用范圍圍受到限制，適適用于某些小小型6～10KVV配電網(wǎng)和發(fā)發(fā)電廠廠用電電系統(tǒng)。中性點經(jīng)中值電電阻的接地方方式的優(yōu)缺點點采用中性點中值值電阻的接地地方式可以克克服高值和低低值電阻的接接地方式的弊弊端。其接地地故障電流控控制在50～100AA，仍保留了了內(nèi)過電壓（含含弧光過電壓壓、諧振過電電壓等）水平平低、對地電電位升高不大大、正確迅速速切除接地故故障線路等優(yōu)優(yōu)點，但具有有切除接地故故障線路間斷斷供電等缺點點。中性點經(jīng)低值電電阻的接地方方式的優(yōu)點中性點經(jīng)低值電電阻接地系統(tǒng)統(tǒng)是限制接地地故障電流水水平為100～10000A，系統(tǒng)單相接接地時，由于于流過故障線線路的電流較較大，零序過過流保護有較較好的靈敏度度，可以比較較容易檢除接接地線路。健健全相電壓不不升高或升幅幅較小，對設設備絕緣等級級要求較低，其其耐壓水平可可以按相電壓壓來選擇。中性點經(jīng)低值電電阻的接地方方式的缺點由于接地點的電電流較大，當當零序保護動動作不及時或或拒動時，將將使接地點及及附近的絕緣緣受到更大的的危害，導致致相間故障發(fā)發(fā)生。當發(fā)生生單相接地故故障時，無論論是永久性的的還是非永久久性的，均作作用與跳閘，使使線路的跳閘閘次數(shù)大大增增加，嚴重影影響了用戶的的正常供電，使使其供電的可可靠性下降。2.2中性點經(jīng)經(jīng)消弧線圈接接地方式1916年發(fā)明明了消弧線圈圈，并于1917年首臺在德德國Pleiddelsheein電廠投運至至今，已有84年的歷史，運運行經(jīng)驗表明明，其廣泛適適用于中壓電電網(wǎng)，在世界界范圍有德國國、中國、前前蘇聯(lián)和瑞典典等國的中壓壓電網(wǎng)均長期期采用此種方方式，顯著提提高了中壓電電網(wǎng)的安全經(jīng)經(jīng)濟運行水平平。采用中性點經(jīng)消消弧線圈接地地方式，在系系統(tǒng)發(fā)生單相相接地時，流流過接地點的的電流較小，其其特點是當線線路發(fā)生單相相接地故障時時，可不立即即跳閘斷開故故障部分，不不必中斷向用用戶供電，按按國家規(guī)程規(guī)規(guī)定電網(wǎng)可帶帶單相接地故故障運行2小時。從實實際運行經(jīng)驗驗和資料表明明，當接地電電流小于10A時，電弧能能自滅，因消消弧線圈的電電感的電流可可抵消接地點點流過的電容容電流，若調(diào)調(diào)節(jié)得很好時時，電弧則自自動熄滅。對對于中壓電網(wǎng)網(wǎng)中日益增加加的電纜饋電電回路，雖接接地故障的概概率有上升的的趨勢，但因因接地電流得得到補償，單單相接地故障障并不發(fā)展為為相間故障。因因此中性點經(jīng)經(jīng)消弧線圈接接地方式的供供電可靠性，大大大的高于中中性點經(jīng)電阻阻接地方式。中性點經(jīng)消弧線線圈接地方式式存在的問題題近年來，隨著我我國電力工業(yè)業(yè)的迅速發(fā)展展，城市配電電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變變化很大，在在饋電線路中中電纜所占的的比重越來越越大，我國城城市配電網(wǎng)中中性點經(jīng)消弧弧線圈接地運運行方式的一一些問題日漸漸暴露。隨著著配網(wǎng)電容電電流的迅速增增大，很難保保證消弧線圈圈在一定脫諧諧度下過補償償運行。主要要原因為：(1)消弧線圈圈的調(diào)節(jié)范圍圍有限，一般般為1：2，不適合工工程初期和終終期的需要；；(2)消弧線圈圈各分接頭的的標稱電流和和實際電流誤誤差較大，有有些甚至可達達15%，運行中就發(fā)生過由于于實際電流值值與銘牌數(shù)據(jù)據(jù)差別而導致致諧振的現(xiàn)象象；(3)計算電電容電流和實實際電容電流流誤差較大，多多數(shù)變電站是是電纜和架空空線混合的供供電網(wǎng)絡，準準確而及時的的掌握配電線線路的長度是是很難做到的的，而且電纜纜型號繁多，單單位長度的電電容電流也不不盡相同；(4)有些配配電網(wǎng)在整個個接地電容電電流中含有一一定成分的5次諧波電流流，其比例高高達5%～15%，即使將工工頻接地電流流計算得十分分精確，但是是對于5%～15%接地電容電電流中的諧波波電流值還是是無法補償?shù)牡?。電纜為主配電網(wǎng)網(wǎng)的單相接地地故障多為系系統(tǒng)設備在一一定條件下由由于自身絕緣緣缺陷造成的的擊穿，而且且接地殘流較較大，尤其是是當接地點在在電纜時，接接地電弧為封封閉性電弧，電電弧更加不易易自行熄滅（單單相接地電容容電流所產(chǎn)生生的弧光能自自行熄滅的數(shù)數(shù)值，遠小于于規(guī)程所規(guī)定定的數(shù)值，對對交聯(lián)聚乙烯烯電纜僅為5A），所以電電纜配電網(wǎng)的的單相接地故故障多為永久久性故障。由由于中性點經(jīng)經(jīng)消弧線圈接接地的系統(tǒng)為為小電流接地地系統(tǒng)，發(fā)生生單相接地永永久性故障后后，接地故障障點的檢出困困難，不能迅迅速檢出故障障點所在線路路。這樣，一一方面使系統(tǒng)統(tǒng)設備長時間間承受過電壓壓作用，對設設備絕緣造成成威脅，另一一方面，不使使用戶斷電的的優(yōu)勢也將不不復存在。在中性點經(jīng)消弧弧線圈接地系系統(tǒng)中，過電電壓數(shù)值較高高，對設備絕絕緣造成威脅脅。單相接地地故障點所在在線路的檢出出，一般采用用試拉手段。在在斷路器對線線路試拉過程程中，有時將將產(chǎn)生幅值較較高的操作過過電壓。中性性點經(jīng)消弧線線圈接地系統(tǒng)統(tǒng)和中性點不不接地系統(tǒng)相相比，僅能降降低弧光接地地過電壓發(fā)生生的概率，并并不能降低弧弧光接地過電電壓的幅值。中中性點經(jīng)消弧弧線圈接地的的系統(tǒng)在某些些條件下，會會發(fā)生諧振過過電壓。由于于上述原因，另另外由于電纜纜為弱絕緣設設備，例如10kVV交聯(lián)聚乙烯烯電纜的1分鐘工頻耐耐壓為28kVV，比一般設設備低20%以上，所以以電纜在單相相接地故障在在故障點檢出出過程中，由由于工頻或暫暫態(tài)過電壓的的長時間作用用，常發(fā)展成成相間故障，造造成一線或多多線跳閘。當系統(tǒng)發(fā)生接地地時，中性點點經(jīng)消弧線圈圈接地方式雖雖能有效地減減小單相接地地故障時接地地處的電流，迅迅速熄滅接地地處電弧，防防止間歇性電電弧接地時所所產(chǎn)生的過電電壓，但由于于接地點殘流流很小，且根根據(jù)規(guī)程要求求消弧線圈必必須處于過補補償狀態(tài)，接接地線路和非非接地線路流流過的零序電電流方向相同同，故零序過過流、零序方方向保護無法法檢測出已接接地的故障線線路。因目前運行在中中壓電網(wǎng)的消消弧線圈大多多為手動調(diào)匝匝的結(jié)構(gòu)，必必須在退出運運行才能調(diào)整整，也沒有在在線實時檢測測電網(wǎng)單相接接地電容電流流的設備，故故在運行中不不能根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)電容電流的的變化及時進進行調(diào)節(jié)，所所以不能很好好的起到補償償作用，仍出出現(xiàn)弧光不能能自滅及過電電壓問題。中性點接地方式式對供電可靠靠性的影響眾所周知，配電電網(wǎng)中性點經(jīng)經(jīng)消弧線圈接接地方式與中中性點經(jīng)小電電阻接地方式式相比，最大大的優(yōu)點是在在發(fā)生單相接接地故障時，如如果是瞬間故故障，當系統(tǒng)統(tǒng)電容電流或或經(jīng)消弧線圈圈補償后的殘殘余電流小到到自行熄滅的的程度時，則則故障可自行行消除，如果果是永久故障障，該系統(tǒng)可可帶單相接地地故障運行2小時，獲得得足夠的時間間排除故障，以以保證對用戶戶的不間斷供供電。但這一一優(yōu)點在以電電纜為主的城城市配電網(wǎng)中中并不突出。電電纜故障的原原因，從統(tǒng)計計情況看，主主要是絕緣老老化、電纜質(zhì)質(zhì)量、外力破破壞等，一般般都是永久性性故障，當發(fā)發(fā)生接地故障障時不應帶故故障運行。從從實際運行情情況看，在以以電纜為主的的配電網(wǎng)中，中中性點不接地地或經(jīng)消弧線線較圈接地方方式下，單相相接地故障引引發(fā)的相間短短路故障較多多。一些實際際事故表明，單單相接地故障障發(fā)展為相間間故障，反而而擴大了停電電范圍，尤其其是當發(fā)展為為母線短路故故障時，相當當于變壓器出出口短路，而而由于目前一一些變壓器抗抗短路沖擊能能力較弱，從從而可能造成成變壓器損壞壞。就城市配電網(wǎng)供供電方式的實實際情況看雙雙電源供電方方式，架空絕絕緣線的采用用，環(huán)網(wǎng)布置置，開環(huán)運行行方式，電纜纜線路所占比比重等因素造造成了采用中中性點不接地地或經(jīng)消弧線線圈接地方式式的優(yōu)點不突突出。從目前前已改小電阻阻接地方式的的變電站實際際運行情況分分析；保護配配置得當，可可不降低供電電可靠性。綜合上述分析，電電纜供電為主主的變電站采采用中性點經(jīng)經(jīng)小電阻接地地，不會對供供電可靠性造造成多大影響響，在某些方方面對供電可可靠性的提高高反而有益。自動跟蹤消弧線線圈及單相接接地選線裝置置中性點經(jīng)消弧線線圈接地方式式存在的幾大大缺點，也是是幾大技術難難題，多年來來電力學者致致力于解決這這一技術難題題，隨著微電電子技術、檢檢測技術的發(fā)發(fā)展和應用，我我國已研制生生產(chǎn)出自動跟跟蹤消弧線圈圈及單相接地地選線裝置，并并已投入實際際運行取得良良好效果，現(xiàn)現(xiàn)在正處在推推廣應用階段段。3單相接地地電容電流因中性點不接地地方式在中壓壓電網(wǎng)中，僅僅是一種短期期的過渡方式式，最終是要要過度到經(jīng)消消弧線圈或小小電阻接地方方式，而在改改造前要對電電網(wǎng)中的電容容電流進行計計算和測量，以以給改造提供技術數(shù)數(shù)據(jù)。中壓電電網(wǎng)單相接地地電容電流有有以下幾部分分構(gòu)成：統(tǒng)中所有電氣連連接的全部線線路（電纜線線路、架空線線路）的電容容電流；系統(tǒng)中相與地之之間跨接的電電容器產(chǎn)生的的電容電流；；因變配電設備造造成的電網(wǎng)電電容電流的增增值。系統(tǒng)中的電容電電流可按下式式計算：ΣIc=（Σiic1＋Σic2）（1＋k％）式中：Σiic電網(wǎng)上單相相接地電容電電流之和ΣIc1線路和和電纜單相接接地電容電流流之和Σic2系統(tǒng)中中相與地間跨跨接的電容器器產(chǎn)生的電容容電流之和k％配電設備造造成的電網(wǎng)電電容電流的增增值。10KV取16％、35KV取13％。在對電網(wǎng)上單相相電容電流計計算的基礎上上，為了準確確選擇和合理理配置消弧線線圈的容量，對對系統(tǒng)運行中中單相電容電電流進行實測測是十分必要要的，微機在在線實時檢測測裝置為實測測網(wǎng)上單相電電容電流提供供了快速準確確的手段，其其原理是，檢檢測系統(tǒng)的不不平衡電壓E0，并以一定定的采樣周期期檢測線電壓壓UAB，中性點位位移電壓U0及中性點位位移電流I0，根據(jù)下式式計算出單相相接地電容電電流。E0=U0＋＋I0×Xcc式中：Xc為系系統(tǒng)對地容抗抗；因Xc=（E00—U0）/I0則Ic=U相//Xc=U相I0/EE0—U0式中Ic為單相相接地電容電電流單相電容電流的的檢測也可以以采用偏置電電容法和中性性點外加電容容法，在測試試中，可以選選用幾種不同同容量的Cf（所加的偏偏置電容）測測出幾組數(shù)據(jù)據(jù)，利用移動動平均值獲得得單相接地電電容電流，以以減少測試中中的誤差。微機控制消弧裝裝置人工調(diào)諧的消弧弧線圈，因不不能隨著電網(wǎng)網(wǎng)的運行實時時調(diào)整補償量量，這樣就不不能保證電網(wǎng)網(wǎng)始終處于過過補償狀態(tài)，甚甚至導致系統(tǒng)統(tǒng)諧振，并難難以將故障發(fā)發(fā)生時入地電電流限制到最最小。我國研研制微機自動動跟蹤消弧裝裝置始于80年代，現(xiàn)已已不斷完善形形成系列產(chǎn)