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适应城市配网发展的接地方式:中性点经低电阻接地
来源: | 编辑:pmo9f0423 | 发布时间: 2020-04-18 | 1478 次浏览 | 分享到:
        (编辑:深圳市华力特成套设备有限企业?刘同钦)
        新中国成立后至80年代,6kV一35kV配电网络基本上都是采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。当时我国6kV一35kV电网以架空线路为主,电网结构简单,基本上以单电源、辐射形电网为主,电容电流较小,以上两种接地方式在技术上能够满足当时供电可靠性的要求。进入20世纪90年代以来,原来的以架空线路为主的城市配电网已不适应要求,北京等大城市的配网已率先发展为以电缆线路为主,其他大中城市正在加速进行城网改造,可以相信,我国的大部分城市配网将逐步以电缆线路取代架空线路,电网结构也将由单电源、辐射形供电发展为多电源环形供电,并逐步实现配网自动化,以提高供电可靠性。随着城市配网结构的变化,中性点不接地或经消弧线圈接地方式在某些方面已不能满足电网运行的要求,在沿海的一些大城市率先采用了中性点经小电阻接地方式,通过多年运行实践证明,这种接地方式对以电缆线路为主的配网是比较适宜的,并已被列入电力技术规程。电力行标《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(1997.10.1)第3.1.4条规定:“6kV一35kV主要由电缆线路构成的送配电系统,单相接地电容电流较大时,可采用低电阻接地方式,但应考虑供电可靠性要求,故障时瞬态电压瞬态电流对电气设备的影响,对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。”?

一、电缆线路及以电缆线路为主的城市配网的特点?
1.电缆线路的对地电容电流比相同长度的架空线路大得多,因此电网单相接地电容电流相当大。?
2.电缆线路的运行受外界因素的影响小,发生瞬时性接地机会很少,一旦发生接地故障,一般来说都是永久性故障。?
3.电力电缆的绝缘裕度比架空线路小得多,承受过电压的能力低。在发生单相接地故障时,由于非故障相电压升高到线电压以上,容易引起配网中非故障相电缆第2点或多点击穿,形成相间短路故障,扩大事故。?
4.电力电缆的绝缘是有机绝缘,一旦发生绝缘击穿即为永久性故障,绝缘不能自恢复,如果不及时断电,故障处绝缘会被迅速烧坏,发展成为相间故障,使故障扩大。因此,电缆击穿故障要求迅速切除,而且不允许重合闸。?
5.随着电缆比重的增加,配网的单相接地电容电流急剧上升,通过对配网运行监测和事故统计发现:单相弧光接地故障引起和激发的过电压概率明显上升,高倍率过电压出现的概率增大,老旧电缆绝缘击穿事故频率增加,不利于电网安全运行。?
6.以电缆线路为主的配网,采用消弧线圈接地方式,要使残余电流小于10难度很大,这是因为很难兼顾残余电流小于10安、中性点位移电压小于相电压的15%和合理的补偿脱度这三个条件。?
7.随着电缆线路的增加,电网的单相接地电容电流急剧增加,消弧线圈和相应的接地变压器需要很大的容量,增大了工程投资和占地面积。?
8.城市配网的电缆线路,大部分设在电缆隧道或电缆排管中,当发生绝缘击穿而又不及时切断电源时,在隧道或排管中产生可燃性气体集聚,很可能会发生火灾,殃及整个隧道中的电缆,造成重大事故。?

二、中性点经小电阻接地方式的特点?
1.中性点经小电阻接地与中性点经消弧线圈接地在原理上截然不同。消弧线圈是感性谐振元件,是通过感性电流与容性电流相互补偿,将系统发生单相接地故障时的故障电流限制在较小(<10A)的范围,使故障点易于熄弧。同时,在接地故障时,不破坏系统的对称性,使系统可带相接地故障短时运行。中性点接地电阻是一个耗能元件,是电网对地电容中能量(电荷)的泄放通道,又是系统谐振的阻尼元件,单相接地故障时,通过故障点的电流较大,利用继电保护迅速切除故障线路。?
2.系统发生单相接地故障时,非故障相的稳态电压升高比采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式的稳态电压升高稍低。?
3.由于其显著的阻尼作用,可消除由于各种原因引起的系统谐振过电压(如铁磁谐振、高频谐振、分频谐振、断线谐振、线性谐振等),采用电阻接地是消除频繁发生的PT谐振过电压的最有效的办法。?
4.能有效限制系统单相接地故障时的过电压倍数,这是由于:①中性点经小电阻接地系统在发生接地故障时,通过故障点的电流较大,能形成稳定电弧,不容易产生电弧熄灭又重燃的现象。②电阻本身是耗能元件,可消耗系统对地电容中存储的能量。③在熄弧的时间内(半个周期),通过电阻将系统对地电容中的电荷泄放掉,降低中性点电位,每次电弧重燃时,都和第一次建弧的初始条件相似,不会形成很高的电弧重燃过电压倍数。
5.中性点经小电阻接地与线路零序保护配合,可准确地判断出故障线路并迅速切除,这一特点特别适于电缆线路为主的城市配网。这一特点避免了为寻找接地故障线路进行的大量拉、合闸操作而产生过电压。?
6.故障时由于及时切除电源,可大大减少发生人身安全事故的机会。?
7.中性点电阻对系统正常运行时的中性点位移电压具有抑制作用(消弧线圈对中性点位移电压是放大作用),使中性点位移电压减小,在正常运行时,接地变压器和接地电阻几乎是处于空载状态,只有在发生单相接地故障时,接地变才承受短时冲击电流。?
8.中性点经小电阻接地方式,在选择合适的接地电阻阻值后可以适应一定范围的运行方式变化及电网的发展,此时不需要调整接地电阻,只需对继电保护的定值加以调整。而接地电阻限制过电水平和抑制谐振过电压的性能不会有明显的变化。?
9.采用中性点经小电阻接地方式,有利于无间隙避雷器在配网中的使用,采用无间隙避雷器既可以限制系统内的过电压水平,又可以降低雷电冲击过电压水平,这样就可以降低系统设备的绝缘水平或使现有的设备相应地增加了绝缘裕度,延长了使用寿命,具可观的经济效益。?

三、中性点接地电阻阻值的选择?
        中性点接地电阻阻值的选择主要考虑限制过电倍数的要求、零序保护灵敏度、对通信线路的干扰及用电安全等因素,并根据各地配网的具体情况因地制宜地进行选择:?
1.按单相接地故障时限制过电压倍数的要求进行选择。?
①首先计算或实测系统(每段母线上的)电容电流,考虑一定的发展裕度,从而确定出系统的单相接地电容电流值IC?(IC?为三相对地电容电流值之和)。?
②根据所要求的单相接地时限制过电压倍数来确定通过中性点电阻的电流值IRN。例如IC?=200A,要求单相接地过电压倍数限制到2.2倍以下,则可取IRN=2?IC?=400A。?
③根据IRN值确定接地电阻的阻值。
2.按零序继电保护灵敏度的要求进行校验。按躲过电容电流最大的出线电容电流考虑,可靠系数可取1.25,返回系数可取0.85,在发生全接地故障时,总的接地故障电流远大于任何一条出线的电容电流,灵敏度显然不会有什么问题。对于非金属性的电缆线路接地故障,其接地过渡电阻一般较小,保护灵敏度也可以满足要求。?
3.按满足对通讯干扰的要求进行校验。按四部一委共同商定的对高可靠性通信线路感应电压≤650V、0.2秒内切除的要求进行校验。上海市35kV配网采用IRN=2000A,10kV配网采用IRN=1000A,北京市10kV配网采用IRN600A,深圳市10kV配网采用IRN=400A,经过实测和计算,均能满足对通信线路干扰的要求。?
4.按接触电势和跨步电压不超过允许值校验,对于接地故障动作于跳闸的系统可按下式校验:Rjd<2000/Ig。式中Rjd为满足接触电势和跨步电压允许值条件的接地装置接地电阻值。Is为通过接地故障点的电流。计算结果如发现变电站原有接地装置的接地电阻值偏大,可采取措施降低站内接地装置的接地电阻,保证接触电势和跨步电压在允许值以内,确保人身安全。?
5.建议:在选择中性点接地电阻时,在满足限制单相接地过电压倍数要求的前提下,应选择稍大阻值的中性点接地电阻,把单相接地故障电流限制到较小的数值,这样可以减少因接触电势和跨步电压过高或对通信干扰超标带来的麻烦和增加投资。?

四、中性点接地阻的接入方法?
1.主变压器配电侧为YO接线的,中性点接地电阻可直接接入主变中性点。?
2.主变压器配电侧为Δ接线的,则需要增加一台Z型接地变压器,造出一个中性点。中性点接地电阻直接与接地变的中性点连接。
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