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配電網(wǎng)中性點接地方式淺析及其評價

配電網(wǎng)的中性點是指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點,中性點與大地間電氣連接的方式,稱為中性點接地方式,又稱為中性點運行方式。不同中性點接地方式將對配電網(wǎng)絕緣水平、過電壓保護(hù)元件的選擇、繼電保護(hù)方式等產(chǎn)生不同的影響;反過來,針對一個具體的配電網(wǎng),選擇何種接地方式,要綜合考慮這些因素,進(jìn)行安全、技術(shù)及經(jīng)濟比較后確定。
  1配電中性點常用接地方式
  1.1中性點直接接地系統(tǒng)
  將中性點直接與地連接的電力系統(tǒng),稱為中性點直接接地系統(tǒng).如圖1所示。這種系統(tǒng)中性點的電位固定為地電位,當(dāng)某一相由于對地絕緣損壞造成接地時,便造成單相短路。
  圖1中性點直接接地系統(tǒng)
  由于中性點的電位被固定為零,因而相對地的絕緣水平?jīng)Q定于相電壓,這就大大降低了電力網(wǎng)的造價。電壓等級愈高,其經(jīng)濟效益愈顯著,這就是中性點直接接地系統(tǒng)的優(yōu)點。
  當(dāng)中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時,短路電流Id(1)很大,危害嚴(yán)重,故障線路不能繼續(xù)運行,并在繼電保護(hù)作用下,故障線路將被切除,而實際上電網(wǎng)的絕大部分故障是單相接地故障,其中瞬時性故障又占有很大比例,這些故障都會引起供電中斷,大大影響供電可靠性。
  1.2中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)
  在中性點串聯(lián)接入一電阻器以后,泄放燃弧后半波的能量,則中性點電位降低,故障相的恢復(fù)電壓上升速度也減慢,從而減少電弧重燃的可能性,抑制電網(wǎng)過電壓的幅值。這就是電阻接地的特點。
  中性點經(jīng)小電阻接地方式的中性點與大地之間連接一個電阻,電阻的大小應(yīng)使流經(jīng)變壓器繞組的故障電流不超過每個繞組的額定值。經(jīng)小電阻接地的配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時,非故障相電壓可能達(dá)到正常值倍。這對配電網(wǎng)設(shè)備不會造成危害,因為高、中壓配電網(wǎng)的絕緣水平是根據(jù)更高的雷電過電壓制定的。中性點經(jīng)電阻接地的配電網(wǎng)中,接地電阻的選取應(yīng)參照考慮下列情況:
  1)以電線為主的配電網(wǎng)中,單相接地時允許阻性接地電流較大,如1000-2000A;2)以架空線路為主的配電網(wǎng),允許阻性接地電流較小,如300A;3)考慮配電網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)劃中可能達(dá)到的對地電容電流;4)考慮對電信設(shè)備的干擾和影響,以及繼電保護(hù)、人身安全等因素。相對于中性點直接接地配電網(wǎng),小電阻接地配電網(wǎng)單相接地故障電流較小,所引起的過流危害相對較小;但由于故障電流仍然較大,同樣必須立即切斷故障線路,會造成供電中斷。
  1.3中性點經(jīng)消孤線圖接地系統(tǒng)
  消弧線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈,它裝設(shè)在配電系統(tǒng)的中性點。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時,可消除接地處的電弧。另外,當(dāng)接地電流過零值而電弧熄滅之后,消弧線圈的存在可以顯著減小故障電壓的恢復(fù)速度,從而減小電孤重燃的可能性,使單相接地故障容易自動消除。
  由于消弧線圈能有效地減小單相接地電流,迅速熄滅故障處的電弧,防止間歇性電弧的接地時產(chǎn)生的過電壓,故廣泛應(yīng)用于10—63kv電壓系統(tǒng)。個別雷害事故較嚴(yán)重地區(qū)的110kv系統(tǒng),為了減少由于雷擊造成單相閃絡(luò)而引起的線路斷路器跳閘的次數(shù),提高供電可靠性,減少斷路器的維修工作量,也采用經(jīng)消弧線圈接地的遠(yuǎn)行方式。
  1.4中性點不接地系統(tǒng)
  中性點不接地系統(tǒng)的供電可靠性較高。在這種系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時,不構(gòu)成短路回路,接地相電流不大,不必馬上切除接地相;但這時非接地相的對地電壓卻升高為相電壓的倍,因此,對絕緣水平要求高。中性點不接地系統(tǒng)中,發(fā)生單相接地故障時,由于線電壓保持不變,三相系統(tǒng)的平衡沒有破壞,三相電力用戶可以繼續(xù)運行,因而供電可靠性高,這是中性點不接地系統(tǒng)的主要優(yōu)點。在中性點不接地系統(tǒng)中,線路和電氣設(shè)備的對地絕緣水平都是按線電壓設(shè)計的,雖然非故障相對地電壓升高倍,對設(shè)備的絕緣水平不會造成破壞,但若長期帶接地故障運行可能會引起非故障相絕緣薄弱處的損壞,繼而發(fā)展成為兩相短路。所以在中性點不接地系統(tǒng)中,一般都沒有絕緣監(jiān)視裝置和繼電保護(hù)裝置,當(dāng)發(fā)生單相接地時,發(fā)出接地故障信號,使值班人員盡快采取行動,查找故障電并隔離故障。規(guī)程規(guī)定,單相接地故障時繼續(xù)運行的時間不得超過2h。
  據(jù)統(tǒng)計,電力網(wǎng)中單相接地故障約占全部短路故障的70%,特別是35Kv及以下的電力網(wǎng),由于單相接地電流不大,一般接地電弧能自動熄滅,所以這種電力網(wǎng)采用中性點不接地方式最為合適。但當(dāng)接地電流較大(大于30A)時,將產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧,形成持續(xù)性的電弧接地,電弧的大小與接地電流成正比,強烈的電弧將會損壞設(shè)備,甚至導(dǎo)致相問短路;當(dāng)接地電流小于30A而大于5A時,有可能產(chǎn)生間歇性電弧,出現(xiàn)間歇性過電壓,其幅值可達(dá)2.5-3倍相電壓,足以危及整個網(wǎng)絡(luò)的絕緣。故對整個電力網(wǎng)的絕緣水平要求高,對電壓等級較高的電力網(wǎng),其絕緣方面的投資大為增加。
  2中性點接地方式的評價
  不同的接地方式,對人身和設(shè)備的安全、過電壓、繼電保護(hù)、供電可靠性等方面有不同的影響。從人身和設(shè)備的安全來看,在中性點不接地的方式中,由于單相接地電流產(chǎn)生的電弧比較大,而且難以自熄,常常使電纜等的相問絕緣燒壞,造成短路。從保護(hù)接地的作用來看,除了采用消弧線圈的接地方式外,當(dāng)單相接地時,電流都比較大,都可能使接觸電壓超過規(guī)定值,因而造成人身觸電的危險。
  從抑制各種過電壓來看,中性點直接接地方式、小電阻接地方式為最好;而從供電可靠性來看,不接地方式和采用消弧線圈的接地方式為最好。
  從實現(xiàn)單相接地保護(hù)的難易程度來看,中性點不接地方式、消弧線圈接地方式比較難,近年來,隨著微機斷電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展,利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)零序電流與電壓,能夠可靠地選出故障線路,使小電流接地故障選線的靈敏度及可靠性都有了很大提高,為推廣非有效接地方式創(chuàng)造了條件。
  總之,從供電可靠性來看,中性點不接地或采用消弧線圈接地方式的系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生單相接地故障時,可以繼續(xù)運行的一段時間,供查找甚至處理故障點,供電可靠性較高;而中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)或直接接地的系統(tǒng),一旦發(fā)生單相接地故障,立即跳開線路開關(guān),供電可靠性較低。配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇確定是一個系統(tǒng)工程,對不同地區(qū)、不同配電網(wǎng)、不同發(fā)展階段和不同的受電對象,應(yīng)對各種接地方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析、權(quán)衡利弊,因地制宜地選擇最佳接地方式。

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