对10kV配电网中性点接地方式的选择浅谈

2022-09-11

10kV配电网中性点接地方式的选择, 是一个关于电力系统多方面的综合性课题, 它与电网的结构、电压等级、绝缘水平、继电保护以及供电的可靠性, 甚至电磁干扰等都有着密切的关系。与此同时, 配电网中性点接地方式还是人们防止电力系统故障的一项重要技术, 是电力系统实行经济安全运行的技术基础, 因此, 必须把理论与实践有效结合起来。

目前, 随着10kV配电网的迅速发展, 尤其是电缆的广泛应用, 已使得电力系统的电容电流大幅增加, 由弧光接地或谐振过电压等导致的事故越来越频繁, 配电网中性点接地方式存在的问题日益凸显。尤其是在抑制过电压、补偿单相接地电容电流和继电保护等方面的问题还有待解决。因此对10kV配电网而言, 选择一种既能抑制过电压、又能保证电力系统供电可靠性和人身安全, 而且安装与操作简易、经济合理的中性点接地方式是电力部门研究的重点内容。

1 中性点不同接地方式比较

1.1 中性点不接地

配电网中性点不接地, 若三相电源的电压是对称的, 则电源的中性点电位为零, 但如果架空绝缘导线因排列不对称而换位等原因, 导致各相的对地导纳不相等, 进而使得中性点产生位移电压。一般情况下, 这种位移电压不会超过电源电压的5%, 因此对电网运行的影响不大。当配电网发生单相接地故障时, 非故障的两相对地电压会升高三倍, 但线电压保持不变, 所以这对用户的影响不大。但因中性点不接地导致人身触电而引起单相接地时, 保护元件只发出信号, 有时甚至因故障电流小而无法使信号发出, 进而导致触电者无法脱离电源而身亡。

不接地系统发生故障时, 接续电弧会对电信号以及电子设备造成严重的干扰。由于配电网中性点不接地的单相接地电流极小, 对周围的通信线路及信号系统的干扰很小, 因此, 当架空线路的电容电流在10A以下时, 可采用这种不接地方式。

1.2 传统的小电流接地方式

传统的小电流接地方式包括中性点不接地、手动调整的消弧线圈接地等方法。当小型系统其线路主要由架空线路构成, 网络结构和运行方式简单的情况下, 采用传统小电流接地方式有着明显的优点。一是, 由于接地电流很小, 电弧可以瞬间熄灭, 其供电的可靠性高, 对于单相永久性接地故障, 系统允许在一定时间内带故障运行, 这就避免了许多跳闸现象发生。二是, 因单相接地时故障点的电流小, 跨步电压与接触电压均较低, 使得人身伤亡与设备损坏率显著降低, 安全性较好。三是, 对通信系统的干扰小。

1.3 经补偿消弧线圈接地

实践研究表明, 当接地电流大于30A时, 则会形成稳定电弧, 导致持续性电弧接地, 进而烧断导线和, 甚至引起多相相间短路。若接地电流大于5A, 但小于30A时, 则可能形成间歇性电弧, 这是因配电网中的电感和电容形成了谐振回路而引起的。这种间歇性电弧较易引起弧光接地过电压, 进一步危及到整个电网的绝缘水平。若接地电流在5A以下, 当电流到达零值时, 电弧就会自行熄灭。在电容电流大于10A的情况下, 则应采取经补偿消弧线圈接地的方式, 这种方式可使得中性点的位移电压在相电压的15%以下, 残余电流也不会超过10A, 其消弧线圈始终保持过补偿运行状态, 进而保障配电网的安全运行。

消弧线圈实质上是一种装设于配电网中的带有铁芯的可调节电感线圈。当发生单相接地时, 它可以产生与接地电流大小几乎相同但方向相反的感性电流, 以此来补偿电容性电流, 最终使得接地点的电流变得极小几乎为零。当电流到达零值, 电弧熄灭后, 消弧线圈还可减小故障相的电压恢复速度从而降低重新产生电弧的可能性。当处于完全补偿状态时, 中性点位移电压将升至很高, 通常采取过补偿方式来降低中性点的位移过电压。配电网经消弧线圈补偿后, 可以提高其供电的连续性, 但同时由于其供电的连续性, 也可能因不及时切断故障而造成事故扩大、人身伤亡、无线电干扰等危害。出现这些危害的主要原因是我国尚未研制出一种运行安全、可靠、且能迅速找出故障线路或故障点的保护装置。

1.4 经低电阻接地

这是一种较为简单的接地方式, 它即可降低单相接地时非故障相的过电压、抑制弧光接地过电压, 又可消除谐振过电压和大多数的断线过电压, 从而避免单相接地发展为相间故障。然而, 对于以架空绝缘导线为主的配电网, 采用该方式便会使系统由于单相接地故障导致的跳闸次数大大增加。中性点的电阻值若选的过低, 会使得单相接地电流较大, 这对通信线路的干扰很大;若电阻值选的过大, 便会使继电保护动作不可靠。因此, 通常情况下, 中性点电阻的电流在100A~200A范围内时, 对通信线路的干扰不会太大。这种条件下, 10kV配电网的中性点电阻值为28.80Ω~57.74Ω。以电缆为主的配电网, 它的电容电流一般维持在1 5 0 A以上, 故障电流则一般在4 0 0 A~1000A, 因此以电缆为主的配电网适宜采用中性点经低电阻接地的方式。

与消弧线圈接地方式相比, 采用中性点经低电阻接地方式比较容易产生高阻接地故障, 这对人身安全危害很大, 还可能导致中断供电。为了保证电力系统安全、可靠的运行, 采用中性点经低电阻接地方式时, 要密切关注中性点接地电阻的热稳定性。

2 消弧接地系统中应注意的问题

2.1 残余电流问题

在确定消弧线圈的残流指标时, 要综合考虑失谐度的设定值、系统中接入零序回路的有功损耗, 以及控制系统的电容电流的测量误差和消弧线圈伏安特性的非线性影响等多方面因素。当消弧线圈的伏安特性为非线性、大容量时, 经补偿消弧线圈系统后的接地点最大残余电流值不一定是中性点电压最高的时刻, 可能会是在中性点电压低于4000V的时刻。

2.2 接地变压器的零序阻抗

若配电网呈三角型接线, 没有中性点引出, 那么就需要先通过接地变压器形成中性点。接地变压器通常采用Z型结线, 每相线圈分别绕在两个磁柱上, 使其零序磁通沿磁柱方向流通, 因此, Z型接地变压器的零序阻抗很小, 可以作为中性点来连接消弧线圈。值得注意的是, 安装变压器时要使消弧线圈与接地变压器的零序阻抗匹配, 否则会对消弧线圈的输出补偿电流造成严重影响。

2.3 消弧线圈的安装

当配电网的电容电流大于50A时, 应采用两台消弧线圈装置同时对中性点进行补偿, 若电容电流更大时, 则应采用多台消弧线圈装置分散在系统的各变电站, 同时对其进行补偿。此外, 应对配电网进行合理的分区, 正确选择消弧线圈的安装点, 以保证在任何运行方式下, 即使断开电网中的个别线路, 其余大部分电网不会因此而失去补偿。与此同时, 还要考虑电网在并联运行、分区运行甚至带故障运行状态下的灵活性。避免只安装一台消弧线圈装置, 或者将多台消弧线圈装置都安装在一处。这样即便于分区运行, 又可以扩大补偿电流的调整范围, 从而限制中性点的位移电压, 更好地发挥消弧线圈的作用。

3 优化谐振接地方式

自动消弧线圈与手动消弧线圈相比有着明显的优越性, 前者不仅提高了调谐精度, 还可更好地抑制电弧的接地过电压完成电网电容电流的跟踪测量与补偿, 自动消除单相接地故障。

目前, 在国内外配电网中采用的自动选线装置已有很多种。对于小电流接地系统的继电保护, 已得到了很好的解决。有功、负序、谐波等三种电流的接地保护, 都是通过检测相关的电流值来进行判断的有时还要通过相位参数等来进行判断。而有功电流、功率方向和暂态电流等三种接地保护, 都是通过对所检测的相位进行比较来判别故障线路。

4 结语

实践研究表明, 谐振接地方式与低电阻接地方式在运行特性上相差很大, 其供电的可靠性和经济效益等方面也有所区别, 中性点谐振接地方式更加符合10kV配电网发展的需要。而在10kV配电网中采用中性点经电阻接地, 能有效地排除电网故障也显示出了它的优越性。随着电网的发展, 中、低压电网中性点采用小电阻接地的优越性已逐渐显示出来, 也将是10kV电网中性点接地方式的发展方向。

摘要：本文针对供电安全、过电压保护、信号干扰以及可靠性等因素, 对10kV配电网中性点不同接地方式进行了综合比较, 并进一步分析了消弧线圈接地系统要注意的问题, 提出了未来中性点接地方式的发展方向。

关键词：10kV配电网,中性点,接地方式