供配電安全技術(shù)-第1講中性點(diǎn)接地方式

供配電安全技術(shù)

第一講：中性點(diǎn)接地方式中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院電氣安全與智能電器研究所張棟錄一、中性點(diǎn)接地方式分類(lèi)二、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)三、配網(wǎng)單相接地故障的危害四、配網(wǎng)中性點(diǎn)接地相關(guān)規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式比較七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈中性點(diǎn)：電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)和變壓器（作為電源）星型連接公共端。中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)與“地”之間的連接關(guān)系。中性點(diǎn)非有效接地：又稱(chēng)小電流接地系統(tǒng)，可分為不接地、經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地、經(jīng)高阻接地。中國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)等配電網(wǎng)大多采用。中性點(diǎn)有效接地：又稱(chēng)為大電流接地系統(tǒng)，可分為直接接地、經(jīng)低阻接地。美國(guó)、日本等配電網(wǎng)大多采用。一、中性點(diǎn)接地方式分類(lèi)電網(wǎng)模型：假設(shè)電網(wǎng)三相對(duì)稱(chēng)，忽略電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻，只考慮電網(wǎng)對(duì)地電容。電網(wǎng)正常時(shí)：三相經(jīng)對(duì)地電容流入大地的電流相量和為零，即沒(méi)有電流在地中流動(dòng)。三相電壓對(duì)稱(chēng)，各相對(duì)地電壓等于相電壓。二、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相直接接地時(shí)：接地相對(duì)地電壓為零，中性點(diǎn)電壓偏移為接地相相電壓，非故障相對(duì)地電壓升為線(xiàn)電壓，三相線(xiàn)電壓仍然對(duì)稱(chēng)。單相接地電流：二、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相直接接地時(shí)電壓特點(diǎn)：接地故障相對(duì)地電壓為零，中性點(diǎn)對(duì)地的電壓上升到相電壓，且與接地相的電源電壓相位相反。非故障相對(duì)地電壓由相電壓升高為線(xiàn)電壓。因此電氣設(shè)備的絕緣按照線(xiàn)電壓設(shè)計(jì)。三相的線(xiàn)電壓仍保持對(duì)稱(chēng)且大小不變，對(duì)電力用戶(hù)接于線(xiàn)電壓的設(shè)備的工作并無(wú)影響，因此電力運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí)，提高了供電的可靠性。發(fā)生單相直接接地時(shí)電流特點(diǎn)：?jiǎn)蜗嘟拥仉娏鞯扔谡＿\(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的三倍，為容性電流。與直接接地系統(tǒng)的單相接地短路電流相比小得多。二、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)三、配網(wǎng)單相接地故障危害煤礦電容電流產(chǎn)生原因電纜長(zhǎng)度大估算：所有使用的電纜長(zhǎng)度累加和（km）×1.2~1.5(A/km)接地電流危害：配電網(wǎng)越大，電容電流越大，單相接地電流越大，易燒穿接地點(diǎn)形成相間短路（電纜放炮），造成事故擴(kuò)大或設(shè)備損壞?？赡艹霈F(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧接地故障。有造成人身觸電、引燃瓦斯煤塵、干擾通信系統(tǒng)等危險(xiǎn)。過(guò)電壓危害：間歇電弧將導(dǎo)致相與地之間產(chǎn)生接地過(guò)電壓，其值可能達(dá)到2.5～3倍的相電壓峰值。單相接地故障易激發(fā)鐵磁諧振過(guò)電壓。過(guò)電壓故障波及全網(wǎng)，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。7劉建國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所四、配網(wǎng)中性點(diǎn)接地相關(guān)規(guī)定DLT620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：3-10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35/66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過(guò)下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線(xiàn)圈接地方式：3-10kV架空線(xiàn)路、35/66kV系統(tǒng)：10A10kV非全部架空線(xiàn)路：20A3/6kV非全部架空線(xiàn)路、3-10kV電纜線(xiàn)路：30AGB50070-2009《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)6kV或10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障不要求立即切除故障回路而需要維持故障回路短時(shí)期運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用不接地、高電阻接地或消弧線(xiàn)圈接地方式，并應(yīng)將流經(jīng)單相接地故障點(diǎn)的電流限制在10A以?xún)?nèi)?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：嚴(yán)禁井下配電變壓器中性點(diǎn)直接接地。嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向井下供電。礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過(guò)20A。規(guī)程規(guī)定接地網(wǎng)上任一保護(hù)接地點(diǎn)的接地電阻值不得超過(guò)2歐姆，故規(guī)程規(guī)定高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流不超過(guò)20A，保證在發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的接地電壓不超過(guò)40V。8劉建國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所五、單相接地電容電流的治理改變系統(tǒng)運(yùn)行方式分區(qū)供電（采用隔離變壓器）采用接地分流消弧消諧裝置：容易擴(kuò)大事故，治標(biāo)不治本中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地目前，國(guó)內(nèi)外電容電流治理以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地為主流。1、改變系統(tǒng)運(yùn)行方式：該方法一般將系統(tǒng)運(yùn)行方式由并列運(yùn)行改為分列運(yùn)行，相當(dāng)于將大系統(tǒng)分為2個(gè)或多個(gè)小系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需額外投資；接地故障僅影響單段母線(xiàn)，提高了可靠性高缺點(diǎn)：分列運(yùn)行會(huì)造成固定電費(fèi)增加適用范圍：一般適用于電網(wǎng)規(guī)模不大且具備分列運(yùn)行條件的系統(tǒng)，分段后各段電容電流小于20A限值2、分區(qū)供電：該方法采用6/10kV隔離變壓器，將6/10kV大系統(tǒng)從根本上分隔為多個(gè)接地小系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：各系統(tǒng)發(fā)生單相接地互不影響，可靠性高，接地故障判別容易、處理快，接地保護(hù)容易選擇缺點(diǎn)：采用隔離變壓器，造價(jià)較高；系統(tǒng)運(yùn)行方式切換復(fù)雜適用范圍：需要隔離的系統(tǒng)電容電流小于20A限值。五、單相接地電容電流的治理3、采用接地分流消弧消諧裝置：原理：在發(fā)生單相電弧接地時(shí)，通過(guò)在接地相并聯(lián)接地電阻，根據(jù)分流原理將接地點(diǎn)電流引流，將不可控的接地點(diǎn)變?yōu)閷?shí)接地點(diǎn)，使故障接地點(diǎn)的電弧熄滅。同時(shí)利用過(guò)電壓保護(hù)器限制接地相電壓升高，起到熄弧作用。特點(diǎn)：動(dòng)作時(shí)需要鑒相,動(dòng)作速度滯后;系統(tǒng)單相接地電流值并未減??；在系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地、穩(wěn)定電阻性接地時(shí)裝置不動(dòng)作，接地點(diǎn)電流沒(méi)有改變。在系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，裝置動(dòng)作引流熄弧。五、單相接地電容電流的治理缺點(diǎn)：接地分流裝置從嚴(yán)格意義上講并非一種完善的治理方案。不符合《煤炭安全規(guī)程》457條的要求，系統(tǒng)單相接地電容電流并未限制在20A以?xún)?nèi)。不能降低人身觸電危險(xiǎn)性。僅在電弧接地時(shí)進(jìn)行接地分流，起到熄弧作用，對(duì)金屬性接地和穩(wěn)定阻性接地不起作用。裝置動(dòng)作時(shí)，造成接地保護(hù)實(shí)現(xiàn)困難。會(huì)使非故障相電壓無(wú)論在發(fā)生何種接地故障時(shí)都上升為線(xiàn)電壓，對(duì)電纜絕緣構(gòu)成威脅。不能有效降低電纜由單相接地發(fā)展為短路（放炮）的幾率。接地分流裝置鑒相錯(cuò)誤時(shí)，容易造成事故擴(kuò)大。五、單相接地電容電流的治理4、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地：原理：?jiǎn)蜗嘟拥仉娏髦饕请娙蓦娏?。如果能夠在發(fā)生單相接地時(shí)用電感電流部分或全部抵消掉電容電流，則單相接地電流將大減小。消弧線(xiàn)圈：消弧線(xiàn)圈是一個(gè)可調(diào)電感線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的電阻很小（消耗功率?。?，電抗很大（保證對(duì)地絕緣水平），電抗值改變可采用多種方法。消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償原理：發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)消弧線(xiàn)圈使接地處流過(guò)一個(gè)與容性接地電流相反的感性電流，從而減小、甚至抵消接地電流，消除接地電弧引發(fā)的問(wèn)題，提高供電可靠性。五、單相接地電容電流的治理序號(hào)中性點(diǎn)接地比較項(xiàng)目方式不接地經(jīng)電阻接地經(jīng)全補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈接地隨調(diào)式預(yù)調(diào)式1單相接地電流大小大大接地初期大，補(bǔ)償跟蹤后小小2人身觸電危險(xiǎn)性大大減小（與補(bǔ)償速度有關(guān)）減小3單相電弧接地過(guò)電壓最高低較高，過(guò)電壓概率小低，過(guò)電壓概率小4單相接地保護(hù)實(shí)現(xiàn)易易難難5鐵磁諧振過(guò)電壓高低初期高跟蹤后低低6保護(hù)接地安全性危險(xiǎn)危險(xiǎn)安全安全六、配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式比較七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈1、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈分類(lèi)按調(diào)諧方法：預(yù)調(diào)式：是指電網(wǎng)無(wú)接地故障情況下，消弧線(xiàn)圈預(yù)先自動(dòng)調(diào)諧到合理補(bǔ)償位置。一般需加裝阻尼電阻，以保證中性點(diǎn)位移電壓不大于額定相電壓的15％。隨調(diào)式：是指電網(wǎng)無(wú)接地故障情況下，消弧線(xiàn)圈處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線(xiàn)圈自動(dòng)調(diào)諧到合理補(bǔ)償位置。不需阻尼電阻，但接地瞬間無(wú)法達(dá)到全補(bǔ)償。按調(diào)節(jié)方法：有檔調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)精度低，殘流大，一般有調(diào)匝式、調(diào)容式。無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)精度高，殘流小，一般有調(diào)感式、偏磁式。2、消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償方式：固定欠補(bǔ)償電感電流小于接地電容電流，單相接地時(shí)接地電流為容性。因線(xiàn)路停電或系統(tǒng)頻率降低等原因使接地電流減少，可能出現(xiàn)完全補(bǔ)償。故一般也不采用。固定全補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈提供的電感電流等于接地電容電流，接地處電流為0。易滿(mǎn)足諧振條件，形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓。固定過(guò)補(bǔ)償電感電流大于接地電流，單相接地電流為感性。固定過(guò)補(bǔ)償方式在電網(wǎng)中得到廣泛使用。但過(guò)補(bǔ)償程度要合適。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償時(shí)刻跟蹤電網(wǎng)電容電流變化，調(diào)節(jié)電感量，達(dá)到預(yù)設(shè)補(bǔ)償量，一般設(shè)定為跟蹤全補(bǔ)償方式。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈在目前電網(wǎng)中占據(jù)主要地位。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈3、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈作用：補(bǔ)償電容電流，減少電纜放炮幾率。用電感電流抵消接地點(diǎn)的電容電流，一般要求消弧線(xiàn)圈在全補(bǔ)償時(shí)接地點(diǎn)無(wú)功殘流<5A，可減少形成短路故障的幾率。減小電纜損傷，提高電纜壽命。電網(wǎng)故障中，接地故障比率最大，在發(fā)生接地故障時(shí)，全補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈可使接地點(diǎn)損傷降低到最低，一些瞬間性接地故障可自恢復(fù)，提高了供電可靠性。減少形成電弧接地過(guò)電壓的幾率。當(dāng)接地點(diǎn)殘流較小時(shí)，接地點(diǎn)電弧容易熄滅，則形成間歇性接地的故障幾率減小，可使接地形成過(guò)電壓的幾率降低，尤其采用預(yù)調(diào)節(jié)方式的消弧線(xiàn)圈，效果更為明顯?？梢种畦F磁諧振過(guò)電壓產(chǎn)生幾率。采用預(yù)調(diào)節(jié)方式的消弧線(xiàn)圈，帶有阻尼電阻箱，在電網(wǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)使PT飽和時(shí)，可吸收諧振能量，使鐵磁諧振幾率降低，起到消諧作用。接地故障運(yùn)行時(shí)減小人身觸電概率。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈4、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈匯總消弧線(xiàn)圈是自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的核心部件，按目前國(guó)內(nèi)常用的消弧線(xiàn)圈調(diào)節(jié)電感電流的方法，主要有以下幾種消弧線(xiàn)圈形式：調(diào)匝式調(diào)容式調(diào)感式偏磁式（直流助磁式）磁閥式七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈調(diào)匝式：利用有載開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈上設(shè)置的若干分接頭，實(shí)現(xiàn)電感量的有級(jí)調(diào)整。所需設(shè)備：接地變壓器、抽頭式消弧線(xiàn)圈、高壓有載開(kāi)關(guān)、阻尼電阻箱、殼體、控制柜。調(diào)節(jié)方式：有檔調(diào)節(jié)、預(yù)調(diào)式。優(yōu)點(diǎn)：容量大。缺點(diǎn)：有檔調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)精度低、調(diào)節(jié)速度慢。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈調(diào)匝式：七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈

調(diào)容式：采用改變消弧線(xiàn)圈二次側(cè)低壓電容電流的方法來(lái)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的電感電流。

所需設(shè)備：三相五柱消弧線(xiàn)圈、多組電容器、阻尼電阻箱、控制柜、殼體。調(diào)節(jié)方式：有檔調(diào)節(jié)、預(yù)調(diào)式。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)范圍大。缺點(diǎn)：有檔調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)精度低、占用設(shè)備多、維護(hù)量大、故障擴(kuò)大可能性大。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈

調(diào)容式：七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈調(diào)感式：采用改變消弧線(xiàn)圈二次側(cè)低壓電感電流的方法來(lái)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的電感電流。以實(shí)現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。

所需設(shè)備：三相五柱消弧線(xiàn)圈、電抗器、阻尼電阻箱、殼體。調(diào)節(jié)方式：無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、預(yù)調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)無(wú)級(jí)可調(diào)、調(diào)節(jié)精度高。缺點(diǎn)：有固定補(bǔ)償量，造成調(diào)節(jié)范圍無(wú)法做到0-全范圍。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈調(diào)感式：七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈偏磁式：通過(guò)改變鐵芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小來(lái)調(diào)節(jié)交流等值磁導(dǎo)以實(shí)現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。所需設(shè)備：接地變壓器、可助磁消弧線(xiàn)圈、控制柜（含直流助磁回路）殼體。調(diào)節(jié)方式：無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、隨調(diào)式。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)無(wú)級(jí)可調(diào)。缺點(diǎn)：隨調(diào)式、需外部直流電源、響應(yīng)時(shí)間一般大于20ms、維護(hù)量大。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈偏磁式：七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈磁閥式：利用自耦勵(lì)磁技術(shù)控制鐵心的飽和程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)償電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。

所需設(shè)備：接地變壓器、磁閥式消弧線(xiàn)圈、控制柜殼體。調(diào)節(jié)方式：無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、隨調(diào)式。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)無(wú)級(jí)可調(diào)。缺點(diǎn)：隨調(diào)式、響應(yīng)時(shí)間一般大于20ms、調(diào)節(jié)原理復(fù)雜、易發(fā)生故障。七、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈