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浅析配电网中性点接地保护问题

北极星电力网技术频道    作者:吴金城   2012/5/28 13:14:27   

 关键词:  中性点接地 配电网

【摘要】 本文就配电网中性点不同接地方式、 经消弧线圈接地存在的问题,以及经低阻值电阻器接地的可靠性作简要介绍。

1 中性点接地方式

电力系统中性点接地方式分为大接地短路电流系统和小接地短路电流系统 两类。 由于电流大小难以用电力系统中性点接地方式分类来明确界定,因此改成 分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统。

电力系统中性点有效接地,包括直接接地或经低值电阻器或低值电抗器接 地,并要求全系统的零序电抗(X0)对正序电抗(X1)之比(X0/X1)为正,并 低于 3,零序电阻(R0)对正序电抗(X1)之比为正,并低于 1。反之为中性点 非有效接地系统。中性点非有效接地,包括谐振(消弧线圈)接地和不接地。

2 中性点经消弧线圈接地方式存在的问题

近年来城市配电网的结构变化很大,在馈电线路中电缆所占的比重越来越 大,中性点经消弧线圈接地运行方式的一些问题日渐暴露。随着配网电容电流的 迅速增大,很难保证消弧线圈在一定脱谐度下过补偿运行。

在中性点经消弧线圈接地系统中,过电压数值较高,对设备绝缘造成了威 胁。主要表现在:1)单相接地故障点所在线路的检出,一般采用试拉手段。在 断路器对线路试拉过程中,有时将产生幅值较高的操作过电压。2)中性点经消 弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比,仅能降低弧光接地过电压发生的概 率,并不能降低弧光接地过电压的幅值。3)中性点经消弧线圈接地的系统在某 些条件下,会发生谐振过电压。4)由于电缆为弱绝缘设备(如 10kV 交联聚乙烯电缆的 1 分钟工频耐压为 28kV,比一般设备低 20%以上)。所以电缆在单相 接地故障在故障点检出过程中,由于工频或暂态过电压的长时间作用,常发展成 相间故障,造成一线或多线跳闸。

单相接地非故障相电压升高至线电压甚至更高,在不能及时检出故障点时, 无间隙金属氧化物避雷器(MOA)长时间在线电压下运行,容易损坏甚至爆炸, 此类事故常见。提高 MOA 的额定电压后,虽然可以大幅度的降低此类事故的发 生,但在 MOA 阀片特性没有明显改善的情况下,势必使 MOA 在雷电冲击电流 下的残压升高,降低了保护性能。另外,中性点经消弧线圈接地系统发生弧光接 地过电压、谐振过电压时,过电压作用时间有可能较长,MOA 由于动作负载问 题,一般并不要求 MOA 限制此类过电压。这使 MOA 的限压作用降低,优势减 弱,不利于 MOA 在配电网的推广使用。

3 中性点经低值电阻器接地的可靠性

3.1 判断

判断供电可靠性高低主要有三个指标:停电频率、停电持续时间及少供电 量。该指标与许多因素有关,有计划停电和故障停电原因有关。影响 10kV 配电 网供电可靠性指标的主要原因基本集中在用户影响、气候因素、市政建设、设备 老化四个方面。10kV 配电网中性点接地方式的不同对 10kV 配电网供电可靠性 的影响是综合的,配电网中性点接地方式改变后,就某一种故障原因来讲可能会 增加故障几率,就另一种故障原因来讲可能会减少故障几率或不受影响。为了提 高供电可靠性,应该根据接地方式对故障的影响采取一些措施。

3.2 影响

配电网中性点不接地或经消弧线圈接地方式与中性点经小电阻接地方式 比,最大的优点是在发生单相接地故障时,若瞬间故障,系统电容电流或经消弧 线圈补偿后的残余电流小到自行熄灭的程度时, 则故障可自行消除; 若永久故障, 系统可带单相接地故障运行 2 小时,获得足够的时间排除故障,以保证不间断供 电。但这一优点在以电缆为主的城市配电网中并不突出。电缆故障的原因,主要是绝缘老化、电缆质量、外力破坏等,一般都是永久性故障。发生接地故障时不 应带故障运行。以电缆为主的配电网中,中性点不接地或经消弧线较圈接地方式 下,单相接地故障引发的相间短路故障较多。事故表明,单相接地故障发展为相 间故障,反而扩大了停电范围,尤其是当发展为母线短路故障时,相当于变压器 出口短路,而由于目前一些变压器抗短路冲击能力较弱,从而可能造成变压器损 坏。综合上所述,电缆供电为主的变电站采用中性点经小电阻接地,不会对供电 可靠性造成多大影响,在某些方面对供电可靠性的提高反而有益。

1)对通信的影响。接地故障入地电流及运行中的零序电流,对邻近通信线 路感性耦合产生纵电动势。 三相产生的不对称电压,对邻近通信线路容性耦合产 生静电感应电压。因电网中性点直接接地,中性点电阻器(或电抗器)接地, 其 接地故障入地电流比中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地要大,对通信系统的 影响,前者比后者大。因单电源馈电,在线路末端产生单相接地故障,故障电流 在与电力线路平行的通信线路上感应出较大的电压,随故障电流的增大而增加。 对于通信线路的电磁感应的判断, 显然是过大的。 城市配电网只一端中性点接地, 另一端呈开路情况是很少的,实际比这复杂。当线路某处发生单相接地故障时, 接地故障电流是从两端流入故障点的线路电流方向相反, 通信线路全长感应电压 与绝对值成比例,故中性点直接接地系统、中性点低值电阻器接地系统就不一定 比中性点消弧线圈接地系统和中性点不接地(绝缘)系统对通信线路的感应电压 大。要具体计算和实测,如都以最严重的极端情况考虑,那么中性点消弧线圈接 地和中性点不接地(绝缘)系统两相导地接地故障时,对通信线路的感应电压反 而更严重。大城市的配电网和通信网实际都是电缆,接地故障电流从电缆外皮分 流,一般没有影响。

2)人身的安全性。无论是在不接地或经消弧线圈接地系统,还是在经小电 阻接地系统, 都有触电伤亡及逃脱电击事故发生的例子,所以对于这种直接接触 高压的事故, 是否会造成人身伤亡的关键不在于是哪一种中性点接地方式,而是 在于触电者接触带电体的方式以及触电后脱离的时间。 所以从保护人身安全方面 考虑,中性点不接地或经消弧线圈接地系统由于在发生单相接地时不立即跳闸, 所以对误碰带电线路且不易立即脱离电源的人会带来比较大危害, 而对于中性点经小电阻接地系统在发生金属性单相接地时,由于时间短、保护能正确及时动作 使触电人员立即脱离电源所以尽管短路电流较大, 但是给人身造成的伤害相对而 言会比较小。 如果中性点经小电阻接地系统在发生单相经过渡电阻接地时,由于 保护不能准确及时的动作, 此时仍会给人身造成伤害。所以应综合考虑触电的方 式、触电后保护的动作情况等。不少架空线换成了绝缘线,所以外力造成架空线 单相接地的事故会大量减少,而电缆发生单相接地时由于外皮的分流作用,入地 电流仅有很少部分,所以引起的电位升高也较小。所以这此点讲,10kV 配电系 统采用小电阻接地系统在人身安全方面会优于不接地或消弧线圈接地系统。

3.3 断路器保护

理论上讲,原先中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地系统,在发生单相 接地故障时,线路断路器不跳闸。改为中性点低值电阻器接地系统,发生单相接 地故障时线路断路器跳闸,因而出现所担心的“频繁跳闸,设备烧损”和“维修 工作量增加”。根据一些地区长期运行经验证明是不会的。如某 35KV 变电所中 性点消弧线圈接地系统的线路断路的维修量较大,究其原因是故障电流不大, 单 相接地故障入地电流限制在 1~2KA 以内,比负荷电流稍大,小于断路器开断电 流的 1/8,不会引起断路器的严重烧损。中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地 系统,在单相电弧接地故障引发相间短路故障的概率也是很高的。

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