淺析10KV配電系統(tǒng)中性點接地方式的選擇和應(yīng)用

1、    淺析10kv配電系統(tǒng)中性點接地方式的選擇和應(yīng)用    王志中 王志宏【摘 要】由于10（6）kv供電系統(tǒng)初期電容電流相對較小，隨著電網(wǎng)擴容和電力系統(tǒng)內(nèi)饋線電纜的大量使用。原系統(tǒng)中性點直接接地方式已不能滿足系統(tǒng)安全運行的要求。通過對10（6）kv配電網(wǎng)幾種接地原理和方法的分析，對昆鋼在生產(chǎn)實踐中配電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式和經(jīng)接地電阻方式的選擇方法和使用條件進(jìn)行闡述?！娟P(guān)鍵詞】過電壓保護(hù)；接地電阻；消弧線圈abstract because 10（6）kv power supply system electric capacity electr

2、ic current is smaller early ， when the system expand to more electric load and the electric cable is a great deal of usage in the electric power system .originally the neuter earthing point directly connect and earth already dissatisfactory system satisfy .pass to analyzed 10（6） kv power supply prin

3、ciple and method of neutral conductor earthing and introduce the power supply system earthed through a resistance or an arc suppression coil in factory production in kisco.key words over-voltage protiction；earthing resistance； arc suppression coil0.引言在供電系統(tǒng)發(fā)展初期，電力系統(tǒng)的容量較小，由于電力系統(tǒng)設(shè)計人員對接地電容電流的一系列危害作用估計不足

4、，同時對電力設(shè)備耐受頻繁過電流沖擊的能力估計過高，中壓供配電系統(tǒng)初期電力設(shè)備的中性點最初都采用直接接地方式運行。隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，特別是電纜在配電網(wǎng)中大量使用，系統(tǒng)電容電流值已超出直接接地系統(tǒng)的適用范圍，接地電弧電流增加并且不容易自行熄滅。非故障相電壓會產(chǎn)生3.5倍以上形成弧光接地過電壓，此種過電壓持續(xù)時間長將會嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的安全。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合規(guī)定： 310kv電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，單相接地點接地電流大于30a時中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。而裝設(shè)消弧線圈的主要作用是：（1）補償電容電流，減少故障點的接地電流值；（2）減緩電弧熄滅時故障點

5、恢復(fù)電壓的上升速度。但是實際在工廠中壓配電系統(tǒng)設(shè)計使用消弧線圈接地方式時也出現(xiàn)了一些問題：（1）由于電網(wǎng)弧光接地的隨機性，消弧線圈對電容電流進(jìn)行有效補償?shù)捻憫?yīng)時間較長、補償定值難度較大。（2）企業(yè)電網(wǎng)不斷擴容，消弧線圈補償容量不能滿足系統(tǒng)的過補償要求，需要對補償線圈進(jìn)行擴容改造，增加了建設(shè)投資（3）易產(chǎn)生串聯(lián)諧振過電壓和虛幻接地現(xiàn)象，消弧線圈的設(shè)備投資較高，對維護(hù)和配電值班人員要求較高。因此，消弧線圈在廠級配電系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的適用條件選用。1.消弧線圈接地方式在昆鋼供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用根據(jù)昆鋼在玉鋼和紅鋼及昆鋼祿豐土官鈦產(chǎn)業(yè)工業(yè)園區(qū)等項目10kv中壓供配電電網(wǎng)設(shè)計選型時，當(dāng)?shù)?/p>

6、電網(wǎng)公司要求對車間級中壓開關(guān)站接地方式選型要相關(guān)要求：由于地區(qū)總降在110kv（220kv）站內(nèi)已設(shè)置接地變壓器和消弧消諧柜，各廠級（或車間）中壓開關(guān)站內(nèi)可不再設(shè)置消弧消諧接地。原因主要是：（1）無論總降和分配電站內(nèi)只要出現(xiàn)弧光接地總降內(nèi)主母線上消弧柜都會動作，故障母線會將弧光接地直接轉(zhuǎn)化為金屬接地，以消除系統(tǒng)中弧光過電壓。如果總降和分開關(guān)站不分供配電條件都設(shè)置消弧消諧系統(tǒng)接地，就有可能造成站內(nèi)外一個局部閃絡(luò)故障就可能引起總降和分開關(guān)站配電系統(tǒng)的消弧消諧柜保護(hù)動作，并將保護(hù)置為金屬性接地方式，危及到系統(tǒng)供電安全。（2）因消弧柜保護(hù)原理是采集系統(tǒng)變化作為判斷依據(jù)，消弧柜本身不能判斷是開關(guān)站內(nèi)還是

7、站外發(fā)生故障。若消弧柜保護(hù)動作后，若系統(tǒng)存在架空線路就極易引發(fā)相間短路，進(jìn)而出現(xiàn)繼電保護(hù)跳閘動作、高壓熔斷器頻繁熔斷等停電事故，危及到系統(tǒng)的供電安全。近年來，隨著人們對中性點的各種不同接地方式有了更好的掌握，并進(jìn)行了創(chuàng)造性的應(yīng)用。中性點接地方式作為理論與實踐相結(jié)合的一項應(yīng)用技術(shù)，在昆鋼的改擴建項目中，中壓供配電項目實際中做出相應(yīng)的設(shè)計完善，達(dá)到了項目選型和使用要求。2.系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地方式的原理及適用范圍的分析消弧線圈（消弧電抗器）就是一種有鐵芯的電感線圈，也叫消弧電抗器。在中性點非直接接地電力系統(tǒng)中，變壓器中性點通常經(jīng)過消弧線圈接地。單三相線路的某一相發(fā)生弧光接地故障時，流過消弧線圈的感性

8、電流可抵消線路對地電容產(chǎn)生的容性電流，從而使故障點的入地電流大為減少，使電弧不能持續(xù)而自動熄滅，避免了事故范圍的擴大、避免了發(fā)生弧光接地過電壓，提高了供電的可靠性。圖1中c相單相接地故障時，中性點對地電壓造詞，未接地相電壓升高倍，線電壓不變。此時，消弧線圈處于c相相電壓作用下，有電感電流通過，消弧線圈的電感電流，此時接地故障電流超前相對地電壓uc相位90°，消弧線圈的電感電流相位滯后電壓uc相位90°， 在接地處和相位差角為180°。即二者方向相反，相互作用抵消?；【€圈能自動跟蹤補償電網(wǎng)對地電容電流的變化。消弧線圈補償電網(wǎng)對地電容電流的三種工作狀態(tài)，即過補償、欠補

9、償、全補償。（a）（b）圖1供電系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地及電流相量關(guān)系圖figure1 power supply system through an arc suppression coil earthing and electric current mutually quantity relation diagram.2.1完全補償方式：此時，當(dāng)時，感應(yīng)電流與感應(yīng)電壓同相位消弧線圈處于全補償工作狀態(tài)。 此時補償度k=1，脫諧度。補償度：；脫諧度：。 由于感抗和容抗相等，消弧線圈通過大地與三相電容構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。當(dāng)三相對地電容大小不等時，中性點會出現(xiàn)電壓降，將串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生很大電流。消弧線圈上也

10、會產(chǎn)生很大壓降，從而中性點對地電位升高，將威脅到設(shè)備的絕緣。因此一般中壓配電系統(tǒng)不采用消弧線圈完全補償方式。2.2欠補償方式：當(dāng)時，此時補償度k<1，脫諧度。單相接地故障時，接地處有電容性欠補償電流，此時由于系統(tǒng)切除部分故障電路使相對地電容減小，或由于頻率下降等原因使得系統(tǒng)容抗增大，電容電流下降，此時有可能產(chǎn)生諧振過電壓。因此，在電網(wǎng)的變壓器中性點和具有直配線的發(fā)電機中性點消弧線圈都不采用欠補償方式。2.3過補償方式：當(dāng)時，此時補償度k>1，脫諧度。單相接地故障時，接地處有電感性過補償電流，此種補償方式供電系統(tǒng)不會產(chǎn)生串聯(lián)諧振，即使電網(wǎng)內(nèi)單電容電流減小，則消弧線圈電感過補償電流更大

11、，因此不會產(chǎn)生諧振過電壓。由于電網(wǎng)容量是變化的，消弧線圈的容量1.35取值也應(yīng)隨負(fù)荷的變化而變化消弧線圈的投切容量，近年來，消弧消諧裝置廠家相繼研制出多種自動跟蹤補償?shù)南【€圈。這樣配電系統(tǒng)的消弧線圈投切容量可根據(jù)供電負(fù)荷情況自動調(diào)節(jié)。2.4系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地方式的特點和適用范圍（1）采用諧振接地方式的電網(wǎng)的運行可靠性最高，調(diào)節(jié)范圍寬，具有線性調(diào)節(jié)特性，無諧波污染，可靠性高損耗及噪聲??；（2）單相弧光接地時，裝置可瞬時動作使故障點能自動快速熄弧。同時也有效抑制了弧光接地過電壓。（4）單相接地的異常過電壓抑制在2.5 倍相電壓以下。（5）自動跟蹤補償消弧系統(tǒng)的運行經(jīng)驗證明，裝置可以運行在欠補、全

12、補和過補狀態(tài)，而不會發(fā)生過去人們擔(dān)心的串聯(lián)諧振過電壓。（6）消弧線圈接地系統(tǒng)配合小電流接地選線保護(hù)裝置，具有靈敏、可靠、不需整定等優(yōu)點，它是迅速確定接地故障位置的重要設(shè)備。由上述分析看出：配電系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地方式一般在總降一級開關(guān)站和大功率發(fā)電機等設(shè)備的中性點使用較為合理，而在廠級使用時需要有綜合分析有一定的使用限制。3.系統(tǒng)經(jīng)低電阻接地方式的原理及適用范圍的分析根據(jù)電網(wǎng)的運行經(jīng)驗，當(dāng)電網(wǎng)中性點不接地時，即使單相接地電容電流不大，也會由于對地電弧燃燒與熄滅的重復(fù)過程，使系統(tǒng)相電壓升高到破壞設(shè)備的絕緣水平，甚至形成相間短路故障。在中性點串聯(lián)接入低阻抗電阻器以后，泄放熄弧后半波的能量，則中性點電

13、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。由于10/0.4kv車間一級中壓配電系統(tǒng)主要采用電纜作為輸配電介質(zhì)，接地電容電流一般限制在20a以下。此種系統(tǒng)使用消弧線圈接地系統(tǒng)不僅系統(tǒng)的造價成本增加，而且由于廠級配電系統(tǒng)負(fù)荷波動較大，消弧線圈投切系統(tǒng)響應(yīng)速度有限。最主要是在投切過程中有可能發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓問題，根據(jù)配電網(wǎng)的運行經(jīng)驗表明，單相接地短路故障轉(zhuǎn)為相間短路故障時有發(fā)生，尤其在電纜網(wǎng)絡(luò)中，若采用電阻接地方式并配合小電流接地選線裝置，系統(tǒng)可保證在發(fā)生單相接地故障時，短時間內(nèi)切除接地短路故障線路。3.1系統(tǒng)經(jīng)低電阻接地方式的優(yōu)點和適用范圍（1）系統(tǒng)

14、經(jīng)低電阻接地方式接地的適用條件是供電系統(tǒng)的電容電流較小，通常在510a范圍內(nèi)，綜合保護(hù)裝置與小電流選線裝置配合，保證系統(tǒng)接地故障時故障線路的快速切斷。（2）增大接地短路電流，使保護(hù)迅速動作，切除故障線路。電阻值的大小，必須使系統(tǒng)具有足夠的最小接地故障電流（大約400a以上），保證接地繼電器準(zhǔn)確動作。（3）此種系統(tǒng)工作接地方式較為經(jīng)濟，對工廠配電系統(tǒng)的適用性強、較為簡單可靠。因此在系統(tǒng)容量較小、供電范圍在12.5km范圍內(nèi)的配電系統(tǒng)（如廠級中壓配電系統(tǒng)）設(shè)計時一般考慮中性點接低電阻方式并配合小電流選線接地裝置可滿足配電系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟性要求。310kv電力變壓器的低壓側(cè)中性點可直接接地或經(jīng)低電阻接地。4.結(jié)語根據(jù)昆鋼現(xiàn)有電力系統(tǒng)的使用經(jīng)驗看，電力系統(tǒng)中性點接地方式的選擇，要綜合考慮電力系統(tǒng)的過電壓與絕緣配合、供電的可靠性要求、電力系統(tǒng)的中長期規(guī)劃和系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等多方面的因素，是一個綜合性的技術(shù)問題。根據(jù)現(xiàn)有技