配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析

配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析 2003 10 29 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析 摘 要 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有不接地 經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地等 各種方式 各有其優(yōu)缺點(diǎn) 應(yīng)根據(jù)具體情況通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定 對(duì)于電纜和架空線混合線路 究竟采用經(jīng)消弧線圈接地還是經(jīng)電阻接地一直頗有爭(zhēng)議 文章針對(duì)蘇州市新區(qū) 2 個(gè)變電 站的 10kV 出線具體情況 從供電可靠性 內(nèi)過電壓 對(duì)通信線的干擾 繼電保護(hù)以及確 保人身安全諸方面進(jìn)行分析 認(rèn)為在這 2 個(gè)變電站的 10kV 系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地 是適宜的 關(guān)鍵詞 配電系統(tǒng) 中性點(diǎn) 接地方式 消弧圈接地 電阻接地 一 前言 文獻(xiàn) 1 中規(guī)定 3kV 10kV 鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路當(dāng)單相接地故障電容電 流超過 10A 3kV 10kV 電纜線路當(dāng)單相接地故障電容電流超過 30A 又需在接地故障條 件下運(yùn)行時(shí) 應(yīng)采用消弧線圈接地方式 該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定 6kV 35kV 主要由電纜線路 構(gòu)成的送 配電系統(tǒng) 單相接地故障電容電流較大時(shí) 可采用低電阻接地方式 但應(yīng)考 慮供電可靠性要求 故障時(shí)瞬態(tài)電壓 瞬態(tài)電流對(duì)電氣設(shè)備的影響 對(duì)通信的影響和繼 電保護(hù)技術(shù)要求以及本地的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等 單相接地故障電容電流較大時(shí) 一般采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地 在我國 城市配電系統(tǒng)中 全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過 30 A 時(shí)采用中性點(diǎn)經(jīng) 電阻接地 全架空線路出線變電站的單相接地故障電容電流超過 10A 時(shí)采用中性點(diǎn)經(jīng)消 弧線圈接地 一般是沒有爭(zhēng)議的 但是 對(duì)電纜與架空線混合線路的單相接地故障電流 超過 10A 時(shí) 采用何種方式接地一直存在著 2 種意見 采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和 采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地 目前 蘇州市新區(qū) 220kV 獅山變電站 10kV 段和 段母線單相接地故障電容電流分別為 41 和 63A 裝設(shè)了 2 臺(tái) 72 9A 的消弧線圈 1999 年 11 月 1 日實(shí)測(cè)電容電流時(shí)發(fā)現(xiàn) 10 kV 刀段消弧線圈電流為 72 9 A 時(shí) 中性點(diǎn)電位升高 不得不使 段消弧線圈處于欠補(bǔ)償狀 態(tài)運(yùn)行 但當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)單相接地故障電容電流仍較大 110W 何山變電站 10kV 段 母線單相接地故障電容電流為 45A 10kV 段 段母線 為 2 號(hào)變壓器所供 單相接地 故障電容電流為 31A 均不包括用戶電纜的電容電流 都沒有消弧線圈 如果運(yùn)行方式 改變 由 1 號(hào)主變帶 I 段 段母線或任何一臺(tái)主變帶所有 10kV 線路時(shí)單相接地故障電 容電流都大大超過文獻(xiàn) 1 中規(guī)定的電流值 10A 二 分析 確定配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式 應(yīng)從供電可靠性 內(nèi)過電壓 對(duì)通信線的干擾 繼電 保護(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮 1 供電可靠性 單相接地故障可分為永久性故障和非永久性故障 若在電纜與架空線混合線路電纜上發(fā) 生永久性故障 一般是電纜本體或終端 中間接頭擊穿 若發(fā)生在架空線上 一般為絕 緣子碎裂 絕緣導(dǎo)線斷線或外物碰及裸導(dǎo)線等 對(duì)于永久性接地故障 都應(yīng)停電排除故 障后恢復(fù)供電 在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)可短時(shí) 不超過 2 h 帶故障運(yùn)行 但是小接 地電流系統(tǒng)中確定單相接地線路的 自動(dòng)選線裝置 在消弧線圈補(bǔ)償后往往不準(zhǔn) 只能 試?yán)€路確定故障線路 試?yán)瓡r(shí)實(shí)際上已對(duì)很多用戶 往往是數(shù)條線路上的用戶 短時(shí) 停電 確定某條線路為接地故障后仍舊要停電 只是可在停電前轉(zhuǎn)移負(fù)荷或通知用戶 但也僅局限于重要用戶 在發(fā)生單相接地時(shí) 另外兩相電壓升高 可能會(huì)發(fā)生其他電纜 的另一相接地故障 1999 年 10 月 7 日 獅山變的樂園線 C 相接地 系用戶啟動(dòng)電抗器對(duì) 地放電 引起商城線 B 相永久性接地 經(jīng)查為電纜 B 相對(duì)地?fù)舸?萬一線路上單相接 地引起過電壓致使變電站母線故障 將擴(kuò)大停電范圍 上海 北京都發(fā)生過類似事故 發(fā)生非永久性單相接地故障 只會(huì)在架空線路的裸導(dǎo)線處 一般是雷擊時(shí)絕緣子對(duì)地閃 絡(luò)或刮風(fēng)時(shí)樹枝碰線 在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí) 線路將跳閘 但是獅山變和何山變的 10kV 出線分別為 66 6 km 和 41 km 其中電纜分別為 41 4 km 和 31 2 km 架空線為 25 2 km 絕緣導(dǎo)線 22 4 km 裸導(dǎo)線 2 8 km 和 9 8 km 絕緣導(dǎo)線 8 3 km 裸導(dǎo)線 1 5 km 裸導(dǎo)線線路只占 4 25 和 3 67 發(fā)生非永久性單相接地故障的概率是很低 的 據(jù)現(xiàn)有資料統(tǒng)計(jì) 自 1998 年 1 月 1 日以來獅山變和何山變的出線沒有發(fā)生過裸導(dǎo)線 非永久性單相接地故障 現(xiàn)在城市配網(wǎng)系統(tǒng)已逐步形成手拉手 環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò) 一些重要用戶由兩路或多路電源 供電 對(duì)用戶的供電可靠性不再是依靠允許系統(tǒng)帶著單相接地故障維持 Zh 來保障 而是 靠加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 調(diào)度控制和配網(wǎng)自動(dòng)化來保證 2 內(nèi)過電壓 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地可降低單相接地工頻過電壓 而且能迅速切除故障線路 工頻電壓升 高持續(xù)時(shí)間很短 這對(duì)干有累積效應(yīng)的電纜絕緣有利 也為氧化鋅避雷器的安全運(yùn)行創(chuàng) 造了良好條件 弧光接地過電壓影響范圍大 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 對(duì)設(shè)備絕緣有較大的威脅 在中性點(diǎn)不接地 或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中 弧光點(diǎn)燃和熄滅過程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的弧光接地過電壓 武高 所與廣州供電局在區(qū)莊變的模擬試驗(yàn)顯示 弧光接地過電壓最大可達(dá)最高工作相電壓峰 值的 4 76 倍 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后 電弧點(diǎn)燃和熄滅過程中積聚的多余電荷可通過電阻 泄漏入地 中性點(diǎn)電位很快衰減 所以重燃產(chǎn)生的過電壓幅值明顯降低 區(qū)莊變?cè)诮拥?電阻為 10 時(shí)弧光接地過電壓只有最高工作相電壓峰值的 1 52 l 89 倍 在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中 由于電磁式電壓互感器 配電系統(tǒng)中都采用此種互感器 的勵(lì) 磁電感和線路的對(duì)地電容形成非線性諧振回絡(luò) 在特定情況下引起分頻 工頻或高頻鐵 磁諧振過電壓 在 PT 中性點(diǎn)串電阻 PT 二次開口三角繞組接入消諧器等的效果并不顯著 仍經(jīng)常發(fā)生 PT 熔絲熔斷 PT 過熱燒毀等 在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后諧振無法產(chǎn)生 所以這 是消除鐵磁揩振過電壓最有效的措施 斷線諧振過電壓也是電力系統(tǒng)中較為常見的 配網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生斷線時(shí) 配電 變壓器的鐵芯電感與線路對(duì)地電容組成的串聯(lián)回路在特定條件下會(huì)發(fā)生諧振 產(chǎn)生過電 壓 1999 年 8 月 14 日 獅山變的佳合線由于 925 開關(guān)前引線接地發(fā)生諧振 故障錄波器 上查得母線 Ub 12 9 9 V 北京供電局曾在方莊變 10kV 系統(tǒng)做過斷線諧振過電壓的試驗(yàn) 接地于負(fù)荷側(cè) 過電壓為 3 8 pu 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地諧振自行消除 接地于電源側(cè)時(shí) 出線開關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作 可見中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地可防止斷線諧振過電壓 3 對(duì)通信線的干擾 配電網(wǎng)接地故障電流以及正常運(yùn)行時(shí)的零序電流 都會(huì)對(duì)通信線產(chǎn)生影響 具體表現(xiàn)為 對(duì)通信線的雜音干擾和電磁危險(xiǎn)影響 配電線路對(duì)通信線的雜音干擾與兩線路間的距離有關(guān) 蘇州市新區(qū)通信線路均為電纜 這些通信電纜有靜電屏蔽層 線芯又以不同的節(jié)距扭絞成對(duì) 抗干擾能力較強(qiáng) 按規(guī)定 可不必考慮中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí)配電線路對(duì)通信線路的雜音干擾 按蘇州市規(guī)劃局的要求 電力電纜與路燈電纜 自來水管道在馬路的一側(cè) 通信電纜與 煤氣管道在馬路的另一側(cè) 據(jù)廣州供電局實(shí)測(cè)估算 電力電纜與通信電纜在馬路兩側(cè)敷 設(shè)時(shí) 當(dāng)零序電流為 1kA 平行 1km 其電磁感應(yīng)約 30V 按我國原四部協(xié)議規(guī)定 感應(yīng) 電壓一般規(guī)定不超過 430 V 故允許平行長(zhǎng)度可達(dá) 14 3 km 因而在蘇州市新區(qū)是不會(huì)有 問題的 4 繼電保護(hù) 中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的配電系統(tǒng) 發(fā)生單相接地時(shí)繼電保護(hù)裝置只發(fā)預(yù)告音 響 靠試?yán)€路確定故障線路 在發(fā)生 2 條線路同相 2 處接地時(shí)極易產(chǎn)生錯(cuò)覺 使調(diào)度 和運(yùn)行人員很難確定故障線路 對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的系統(tǒng) 當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)能迅速切除故障 在中性點(diǎn)不接地或經(jīng) 消弧線圈接地改為經(jīng)電阻接地時(shí) 應(yīng)加裝零序電流互感器并增加零序保護(hù) 獅山變和何 山變的 10 kV 出線均為電纜 加裝零序電流互感器有可能 零序保護(hù)一般為兩階段式 零序電流速斷保護(hù)和零序電流過流保護(hù) 為了保證繼電保護(hù)的選擇性 零序電流速斷 保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)躲過被保護(hù)線路的單相接地電容電流 對(duì)于非金屬性單相接地 為使各 種類型的非金屬性接地都能可靠動(dòng)作 零序電流過流保護(hù)定值不宜太大 10kV 母線零序 電流保護(hù) 只能用三相電流互感器的零序過濾器或零序差動(dòng)保護(hù) 為了保證繼電保護(hù)的 選擇性 在高壓供電的用戶側(cè)也應(yīng)增加零序電流保護(hù) 5 確保人身安全 無論配電系統(tǒng)是中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地還是中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地 如果工作人員 誤登帶電桿塔或在工作中誤碰帶電導(dǎo)體 即使時(shí)間很短也可能造成人員觸電傷亡事故 配電系統(tǒng)的架空線一般分布較廣 高度也不高 時(shí)有發(fā)生外物誤碰高壓線以及高壓線斷 線情況 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地可以立即跳閘 避免發(fā)生高壓觸電事故 如廣州市在 10 kV 改為中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后 1990 年 1 月 20 日區(qū)莊變下塘支線 12 1 13 號(hào) C 相導(dǎo)線因制 造不良斷線接地 斷線點(diǎn)是行人稠密的大馬路 由于零序保護(hù)動(dòng)作及時(shí)切除了電源 避 免了發(fā)生行人觸電事故 1991 年 3 月 19 日一建筑工人將水管碰及三元里變 10kV 線路 線路跳閘重合后又跳閘 該人僅感麻電 未發(fā)生傷害 同樣在廣州市 10 kV 中性點(diǎn)不接 地系統(tǒng) 1987 年 9 月 4 日也曾發(fā)生過建筑工人將水管碰及中山醫(yī)院三院附近的 10 kV 線 路 由于未能及時(shí)脫離電源 因而發(fā)生死 5 人傷 1 人的重大觸電傷亡事故 電纜發(fā)生單相接地故障時(shí)引起電位升高的危險(xiǎn)程度不會(huì)很大 這是因?yàn)殡娎|外皮具有分 流作用 入地電流只占很小部分 上海 廣州 北京 深圳 珠海等地采用中性點(diǎn)經(jīng)電 阻接地的大部分是電纜和架空線混合線路 每年發(fā)生多次單相接地故障 但由此發(fā)生接 觸電壓或跨步電壓而引起的人身安全事故未見報(bào)道 快速切除故障是避免發(fā)生人身安全 事故的重要措施 上海 廣州等地地下水位高 土壤電阻率低亦是不產(chǎn)生危險(xiǎn)高電壓的 有利因素 但是 對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng) 還應(yīng)采取一些必要的技術(shù)措施 以減小其 威脅 對(duì)電桿的拉線上部串接絕緣子或在地面 2m 處以下加裝護(hù)套 對(duì)安裝在電桿上的接 地引下線等裸露金屬部分在地面 2m 處以下加裝護(hù)套 在倒閘操作時(shí) 操作人員戴絕緣手 套和穿絕緣靴 以避免接觸電壓和跨步電壓的威脅 但是 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)在配電變壓器內(nèi)部或配電所發(fā)生 10 kV 單相接地故障時(shí) 接地電流通過接地裝置產(chǎn)生故障電壓 若配電變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)與配變外殼 配電 柜的柜架共同使用一個(gè)總的接地體時(shí) 該故障電壓會(huì)沿著 PNE 線或 PE 線傳到采用保護(hù)接 零的用戶 低壓用電設(shè)備外殼可能產(chǎn)生接觸電壓危及人身安全 公用配變供電的居民用 戶家用電器若均采用外殼接地保護(hù)時(shí) 當(dāng)發(fā)生上述故障時(shí)是不會(huì)產(chǎn)生接觸電壓的 文 2 增加了電阻接地系統(tǒng)接地電阻的規(guī)定 向建筑物電氣裝置供電的配電變壓器在該建 筑物外 向低壓系統(tǒng)供電的配電變壓器的高壓側(cè)工作于低電阻接地系統(tǒng)情況下 低壓系 統(tǒng)不得與電源配電變壓器的保護(hù)接地共用接地裝置 低壓系統(tǒng)電源點(diǎn)的接地點(diǎn)應(yīng)在距該 配電變壓器的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置專用接地裝置 其接地電阻不宜超過 40 供電的配電變壓器 安裝在建筑物內(nèi) 配電變壓器高壓側(cè)工作于低電阻接地系統(tǒng)時(shí) 當(dāng)該變壓器的保護(hù)接地 接地裝置電阻符合 R 2000 I 的要求 且建筑物內(nèi)采用 含建筑物鋼筋 總等電位聯(lián)結(jié) 時(shí) 低壓系統(tǒng)電源接地點(diǎn)可與該變壓器保護(hù)接地共用接地裝置 三 結(jié)論 獅山變和何山變 10kV 出線中電纜分別占到 62 18 和 76 13 裸導(dǎo)線只占 4 25 和 3 67 加上獅山變和何山變的 10kV 配網(wǎng)自動(dòng)化已起步 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈改為經(jīng)電阻 接地 對(duì)供電可靠性影響大 而且內(nèi)過電壓水平低 可降低單相接地工頻過電壓并大大 縮短其持續(xù)時(shí)間 抑制弧光接地過電壓 消除 PT 鐵磁諧振過電壓 可防止大部分的斷線 諧振過電壓 減少絕緣老化 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命 提高網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備可靠性 中性點(diǎn)經(jīng)電 阻接地對(duì)通信線的干擾不大 在人身安全方面