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中性点电阻接地系统

作者:众彩网 来源:本站原创 日期:2020-07-13 12:33 点击: 

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  电网中得到应用,中性点电阻接地系统在国外一些地区的中压电网也有着较长的时间,它是一种成熟的技术。

  当电网中性点不接地运行时,即使系统的电容电流不大,也会因为在单相接地时会产生间歇性的弧光过电压,使健全相的电位可能升高到足以破坏其绝缘水平的程度,甚至形成相间短路。如果在变压器的中性点(或借用接地变压器引出中性点)串接一电阻器后泄放间歇性的弧光过电压中电磁能量,则中性点电位降低,故障相恢复电压上升速度也减慢,从而减少电弧重燃的可能性,抑制了电网过电压的幅值,并使有选择性的接地保护得以实现。

  Neutral resistance grounding system

  三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式,称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性;同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。一般来说,电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。

  我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式,即中性点有效接地方式(在实际运行中,为降低单相接地电流,可使部分变压器采用不接地方式),这样中性点电位固定为地电位,发生单相接地故障时,非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压;暂态过电压水平也较低;故障电流很大,漏电保护能迅速动作于跳闸,切除故障,系统设备承受过电压时间较短。因此,大电流接地系统可使整个系统设备绝缘要求水平降低,从而大幅降低造价。

  6~35kV配电网一般采用小电流接地方式,即中性点非有效接地方式。近几年来两网改造,使中、小城市6~35kV配电网电容电流有很大的增加,如不采取有效措施,将危及配电网的安全运行。

  中性点非有效接地方式主要可分为以下三种:不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。

  中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压应用较为普遍,其均为中性点非接地系统,但是随着供电网络的发展,特别是采用电缆线路的用户日益增加,使得系统单相接地电容电流不断增加,导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设备设计规范中规定35KV电网如果单相接地电容电流大于10A,3KV—10KV电网如果接地电容电流大于30A,发电机单相接地电流超过5A,都需要采用中性点经消弧线圈接地方式,而《城市电网规划设计导则》(施行)第59条中规定“35KV、10KV城网,当电缆线路较长、系统电容电流较大时,也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式,世界各国也有不同的观点及运行经验,就我国而言,对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题,在中压电网改造中,其中性点的接地方式问题,现已引起多方面的关注,面临着发展方向的决策问题。

  我国中压电网的供电系统中,大部分为小电流接地系统(即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统)。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年,但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式,为此对这两种接地方式作以分析,对于中性点不接地系统,因其是一种过度形式,其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。

  中性点经小电阻接地方式世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式,原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性,而采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中,一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时,控制流过接地点的电流在500A左右,也有的控制在100A左右,通过流过接地点的电流来启动零序保护动作,切除故障线.系统单相接地时,健全相电压不升高或升幅较小,对设备绝缘等级要求较低,其耐压水平可以按相电压来选择。

  2.接地时,由于流过故障线路的电流较大,零序过流保护有较好的灵敏度,可以比较容易检除接地线.由于接地点的电流较大,当零序保护动作不及时或拒动时,将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害,导致相间故障发生。

  4.当发生单相接地故障时,无论是永久性的还是非永久性的,均作用与跳闸,使线路的跳闸次数大大增加,严重影响了用户的正常供电,使其供电的可靠性下降。

  中性点经消弧线年发明了消弧线年首台在德国Pleidelshein电厂投运至今,已有100年的历史,运行经验表明,其广泛适用于中压电网,在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式,显著提高了中压电网的安全经济运行水平。

  采用中性点经消弧线圈接地方式,在系统发生单相接地时,流过接地点的电流较小,其特点是线路发生单相接地时,可不立即跳闸,按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明,当接地电流小于10A时,电弧能自灭,因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流,若调节得很好时,电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路,虽接地故障的概率有上升的趋势,但因接地电流得到补偿,单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性,大大的高于中性点经小电阻接地方式。

  1.当系统发生接地时,由于接地点残流很小,且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态,接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同,故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线.因运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构,必须在退出运行才能调整,也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备,故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节,所以不能很好的起到补偿作用,仍出现弧光不能自灭及过电压问题。

  中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点,也是两大技术难题,多年来电力学者致力于解决这一技术难题,随着微电子技术、检测技术的发展和应用,我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置,并已投入实际运行取得良好效果,正处在推广应用阶段。(2013)

  (2)从降低过电压和电网的发展,电阻器阻值要保证接地电阻的阻性电流大于容性电流的1~1.5倍。

  (4)在发电厂中,发电机的电阻器可装在发电机中性点上,厂用电的电阻器可装在厂用变压器的中性点上。

  在城区、农网和工矿企业、公共设施的变电站中,电阻器一般装在变压器的中性点上。如无变压器中性点或中性点未能引出,应另外装设专用接地变压器。

  (5)装设专用接地变压器的电阻器,可以通过断路器连接在母线上,也可以不通过断路器直接连在主变压器的出线侧。但不能采用熔断器连接,以避免一相熔断器熔断后,电阻器长期运行烧坏电阻器。

  (6)电阻器的安装位置应统筹规划,分散布置。在任何运行方式情况下,电网不应失去电阻器的保护,不应将多台电阻器安装在一处。

  (7)电阻器的材质可选用电阻率高、温度系数小、热容量大、耐高温、通流容量强、允许通流时间长、耐腐蚀、性能稳定不易氧化的金属电阻或非金属电阻。

  10~35KV配电网中性点采用小电阻接地方式曾在上海、北京、广州、深圳等地的城区的配电网中使用。20世纪80年代初,美国为我国首批300MW机组设计的火力发电厂厂用系统中性点采用小电阻接地方式。

  (2)可快速切断接地故障点,过电压水平低,能消除谐振过电压,可采用绝缘水平较低的电缆和电气设备;

  (4)因接地电流高达几百安以上,继电保护有足够的灵敏度和选取行,不存在选线)可降低火灾事故的概率;

  (6)可采用通流容量大、残压低的无间隙氧化锌避雷器作为电网的过电压保护;

  小电阻接地方式的接地故障电流高达600~1000A或以上,会在电力系统中带来几个问题:

  1)过大故障电流容易扩大事故,即当电缆发生单相接地时,强烈的电弧会危及邻相电缆或同一电缆沟里的相邻电缆酿成火灾,扩大事故。

  2)数百安以上的接地电流会引起地电位升高达数千伏,大大地超过了安全的允许值,会对低压设备、通信线路、电子设备和人身保安都有危险。如低压电器要求不大于(2U+1000)*0.75=1000(V);

  a通信线V地电位差;电子设备接地装置不能超过升高600V的电位,人身保安要求的跨步电压和接触电压在0.2s切断电源条件下不大于650V,延长切断电源时间会有更大危害。

  3)小电阻流过的电流过大,电阻器产生的热容量因与接地电流的平分成正比,会给电阻器的制造带来困难,给运行也带来不便。

  4)为了保证继电保护正确动作,线路出现的零序保护不应采用三相电流互感器组成的二次零序接线方式,防止三相电流互感器有不同程度的饱和,或因特性不平衡,使零序保护误动作,应采用零序电流互感器来解决之

  1)选择接地电阻值时,应保证电阻的接地电流Ir=(1~1.5)Ic,以限制过电压值不超过2.6倍(此数值是高压电动机、发电机可以承受的最大过电压倍数)。研究表明,进一步减少电阻值,提高电阻接地电流对降低内过电压收效不大。

  2)从保证人身及设备安全出发,在对接地电阻为4Ω的用户变电站,接地故障电流不宜超过150A。即系统的Ic和Ir控制在100A左右为宜。当Ic超过100A时,可采取的措施:增加变电站的母线段数,减少一段母线上连接的出线数量,即降低该段母线的电容电流;给中性点接地电阻串联一只干式小电抗,把Ic补偿到100A以下。从以上分析可知,中电阻接地方式有着较大的生命力,较小电阻接地方式有较大的优势,是值得进一步研讨完善的接地方式之一。

  高电阻接地方式是以限制单相接地故障电流,并可防止谐振过电压和间歇性弧光接地过电压,主要应用于大型发电机组、发电厂厂用电和某些6~10KV变电站。它最大的特点是当系统发生单相接地时可以继续运行2h,这与中、小电阻运行方式有着根本不同。

  在6~10KV配电系统以及发电厂厂用电系统,当单相接地电流电容电流较小时,故障接地可不跳闸,这样可以减少故障点的电位梯度,阻尼谐振过电压。按DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准规定:“高电压接地系统设计应符合Ro≤Xco的原则,以限制由于电弧接地故障产生的瞬态过电压。一般采用接地故障电流小于10A”。单从上述高电阻定义来看,高电阻的使用有局限性。

  蒋浩. 中压配电网中性点电阻接地系统在城市电网中的应用[J]. 有色冶金设计与研究, 1997(3):31-36.

  许允之。配电网中性点经高电阻接地安全性能的分析。电工技术学报,14卷4期

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