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    適應城市配網發展的接地方式:中性點經低電阻接

    2020-04-18    來源:    作者:淄博威特電氣有限公司  瀏覽次數:1057

    新中國成立后至80年代,6kV一35kV配電網絡基本上都是采用中性點不接地或經消弧線圈接地的方式。當時我國6kV一35kV電網以架空線路為主,電網結構簡單,基本上以單電源、輻射形電網為主,電容電流較小,以上兩種接地方式在技術上能夠滿足當時供電可靠性的要求。進入20世紀90年代以來,原來的以架空線路為主的城市配電網已不適應要求,北京等大城市的配網已率先發展為以電纜線路為主,其他大中城市正在加速進行城網改造,可以相信,我國的大部分城市配網將逐步以電纜線路取代架空線路,電網結構也將由單電源、輻射形供電發展為多電源環形供電,并逐步實現配網自動化,以提高供電可靠性。隨著城市配網結構的變化,中性點不接地或經消弧線圈接地方式在某些方面已不能滿足電網運行的要求,在沿海的一些大城市率先采用了中性點經小電阻接地方式,通過多年運行實踐證明,這種接地方式對以電纜線路為主的配網是比較適宜的,并已被列入電力技術規程。電力行標《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》(1997.10.1)第3.1.4條規定:“6kV一35kV主要由電纜線路構成的送配電系統,單相接地電容電流較大時,可采用低電阻接地方式,但應考慮供電可靠性要求,故障時瞬態電壓瞬態電流對電氣設備的影響,對通信的影響和繼電保護技術要求以及本地的運行經驗等! 


    一、電纜線路及以電纜線路為主的城市配網的特點 

    1.電纜線路的對地電容電流比相同長度的架空線路大得多,因此電網單相接地電容電流相當大。 

    2.電纜線路的運行受外界因素的影響小,發生瞬時性接地機會很少,一旦發生接地故障,一般來說都是永久性故障。 

    3.電力電纜的絕緣裕度比架空線路小得多,承受過電壓的能力低。在發生單相接地故障時,由于非故障相電壓升高到線電壓以上,容易引起配網中非故障相電纜第2點或多點擊穿,形成相間短路故障,擴大事故。 

    4.電力電纜的絕緣是有機絕緣,一旦發生絕緣擊穿即為永久性故障,絕緣不能自恢復,如果不及時斷電,故障處絕緣會被迅速燒壞,發展成為相間故障,使故障擴大。因此,電纜擊穿故障要求迅速切除,而且不允許重合閘。 

    5.隨著電纜比重的增加,配網的單相接地電容電流急劇上升,通過對配網運行監測和事故統計發現:單相弧光接地故障引起和激發的過電壓概率明顯上升,高倍率過電壓出現的概率增大,老舊電纜絕緣擊穿事故頻率增加,不利于電網安全運行。 

    6.以電纜線路為主的配網,采用消弧線圈接地方式,要使殘余電流小于10難度很大,這是因為很難兼顧殘余電流小于10安、中性點位移電壓小于相電壓的15%和合理的補償脫度這三個條件。 

    7.隨著電纜線路的增加,電網的單相接地電容電流急劇增加,消弧線圈和相應的接地變壓器需要很大的容量,增大了工程投資和占地面積。 

    8.城市配網的電纜線路,大部分設在電纜隧道或電纜排管中,當發生絕緣擊穿而又不及時切斷電源時,在隧道或排管中產生可燃性氣體集聚,很可能會發生火災,殃及整個隧道中的電纜,造成重大事故。 


    二、中性點經小電阻接地方式的特點 

    1.中性點經小電阻接地與中性點經消弧線圈接地在原理上截然不同。消弧線圈是感性諧振元件,是通過感性電流與容性電流相互補償,將系統發生單相接地故障時的故障電流限制在較小(<10A)的范圍,使故障點易于熄弧。同時,在接地故障時,不破壞系統的對稱性,使系統可帶相接地故障短時運行。中性點接地電阻是一個耗能元件,是電網對地電容中能量(電荷)的泄放通道,又是系統諧振的阻尼元件,單相接地故障時,通過故障點的電流較大,利用繼電保護迅速切除故障線路。 

    2.系統發生單相接地故障時,非故障相的穩態電壓升高比采用中性點不接地或經消弧線圈接地方式的穩態電壓升高稍低。 

    3.由于其顯著的阻尼作用,可消除由于各種原因引起的系統諧振過電壓(如鐵磁諧振、高頻諧振、分頻諧振、斷線諧振、線性諧振等),采用電阻接地是消除頻繁發生的PT諧振過電壓的最有效的辦法。 

    4.能有效限制系統單相接地故障時的過電壓倍數,這是由于:①中性點經小電阻接地系統在發生接地故障時,通過故障點的電流較大,能形成穩定電弧,不容易產生電弧熄滅又重燃的現象。②電阻本身是耗能元件,可消耗系統對地電容中存儲的能量。③在熄弧的時間內(半個周期),通過電阻將系統對地電容中的電荷泄放掉,降低中性點電位,每次電弧重燃時,都和第一次建弧的初始條件相似,不會形成很高的電弧重燃過電壓倍數。

    5.中性點經小電阻接地與線路零序保護配合,可準確地判斷出故障線路并迅速切除,這一特點特別適于電纜線路為主的城市配網。這一特點避免了為尋找接地故障線路進行的大量拉、合閘操作而產生過電壓。 

    6.故障時由于及時切除電源,可大大減少發生人身安全事故的機會。 

    7.中性點電阻對系統正常運行時的中性點位移電壓具有抑制作用(消弧線圈對中性點位移電壓是放大作用),使中性點位移電壓減小,在正常運行時,接地變壓器和接地電阻幾乎是處于空載狀態,只有在發生單相接地故障時,接地變才承受短時沖擊電流。 

    8.中性點經小電阻接地方式,在選擇合適的接地電阻阻值后可以適應一定范圍的運行方式變化及電網的發展,此時不需要調整接地電阻,只需對繼電保護的定值加以調整。而接地電阻限制過電水平和抑制諧振過電壓的性能不會有明顯的變化。 

    9.采用中性點經小電阻接地方式,有利于無間隙避雷器在配網中的使用,采用無間隙避雷器既可以限制系統內的過電壓水平,又可以降低雷電沖擊過電壓水平,這樣就可以降低系統設備的絕緣水平或使現有的設備相應地增加了絕緣裕度,延長了使用壽命,具可觀的經濟效益。 


    三、中性點接地電阻阻值的選擇 

           中性點接地電阻阻值的選擇主要考慮限制過電倍數的要求、零序保護靈敏度、對通信線路的干擾及用電安全等因素,并根據各地配網的具體情況因地制宜地進行選擇: 

    1.按單相接地故障時限制過電壓倍數的要求進行選擇。 

    ①首先計算或實測系統(每段母線上的)電容電流,考慮一定的發展裕度,從而確定出系統的單相接地電容電流值IC (IC 為三相對地電容電流值之和)。 

    ②根據所要求的單相接地時限制過電壓倍數來確定通過中性點電阻的電流值IRN。例如IC =200A,要求單相接地過電壓倍數限制到2.2倍以下,則可取IRN=2 IC =400A。 

    ③根據IRN值確定接地電阻的阻值。

    2.按零序繼電保護靈敏度的要求進行校驗。按躲過電容電流最大的出線電容電流考慮,可靠系數可取1.25,返回系數可取0.85,在發生全接地故障時,總的接地故障電流遠大于任何一條出線的電容電流,靈敏度顯然不會有什么問題。對于非金屬性的電纜線路接地故障,其接地過渡電阻一般較小,保護靈敏度也可以滿足要求。 

    3.按滿足對通訊干擾的要求進行校驗。按四部一委共同商定的對高可靠性通信線路感應電壓≤650V、0.2秒內切除的要求進行校驗。上海市35kV配網采用IRN=2000A,10kV配網采用IRN=1000A,北京市10kV配網采用IRN600A,深圳市10kV配網采用IRN=400A,經過實測和計算,均能滿足對通信線路干擾的要求。 

    4.按接觸電勢和跨步電壓不超過允許值校驗,對于接地故障動作于跳閘的系統可按下式校驗:Rjd<2000/Ig。式中Rjd為滿足接觸電勢和跨步電壓允許值條件的接地裝置接地電阻值。Is為通過接地故障點的電流。計算結果如發現變電站原有接地裝置的接地電阻值偏大,可采取措施降低站內接地裝置的接地電阻,保證接觸電勢和跨步電壓在允許值以內,確保人身安全。 

    5.建議:在選擇中性點接地電阻時,在滿足限制單相接地過電壓倍數要求的前提下,應選擇稍大阻值的中性點接地電阻,把單相接地故障電流限制到較小的數值,這樣可以減少因接觸電勢和跨步電壓過高或對通信干擾超標帶來的麻煩和增加投資。 


    四、中性點接地阻的接入方法 

    1.主變壓器配電側為YO接線的,中性點接地電阻可直接接入主變中性點。 

    2.主變壓器配電側為Δ接線的,則需要增加一臺Z型接地變壓器,造出一個中性點。中性點接地電阻直接與接地變的中性點連接。

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