接地技術(shù)在10kV電力工程中的應(yīng)用淺析

陳　海

[摘要]10kV配電網(wǎng)是基礎(chǔ)電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。配電網(wǎng)接地方式和安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。正確選擇配電網(wǎng)接地方式的重要性以及如何不斷開(kāi)發(fā)新型接地裝置并應(yīng)用于配電網(wǎng)接地系統(tǒng)，是當(dāng)今10kV配電網(wǎng)接地技術(shù)應(yīng)用研究的一個(gè)重要課題。

[關(guān)鍵詞]接地技術(shù)；10kV電力工程；中性點(diǎn)不接地

[作者簡(jiǎn)介]陳海，廣東電網(wǎng)梅州興寧供電局，廣東梅州，514500

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM645

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1007-7723(2009)09-0161-0002

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由配電設(shè)備及配電線路按一定的接線方式所組成，它主要擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)取得電能，發(fā)揮其交換、分配、輸送與保護(hù)等功能，將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地接到每一個(gè)用電設(shè)備的任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用。但是隨著配電系統(tǒng)的擴(kuò)大，單相接地故障增多，線路斷路器經(jīng)常跳閘，造成頻繁的停電事故。根據(jù)現(xiàn)行10kV電網(wǎng)運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，配電網(wǎng)的事故約占電網(wǎng)總事故的90％。在這種情況下發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流故障點(diǎn)形成的電弧不能自行熄滅，同時(shí)間歇電弧產(chǎn)生的過(guò)電壓往往又使事故擴(kuò)大，顯著地降低了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。而配電網(wǎng)接地方式是防止系統(tǒng)事故的一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、過(guò)電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾及接地裝置等有著密切的關(guān)系。

一、配電網(wǎng)接地方式的選擇

(一)中性點(diǎn)不接地方式的選擇

中性點(diǎn)不接地方式是指中性點(diǎn)沒(méi)有人為與大地連接。事實(shí)上，這樣的配電網(wǎng)是通過(guò)電網(wǎng)對(duì)地電容接地。當(dāng)中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時(shí)，接在相間電壓上的受電器的供電并未遭到破壞，它們可以繼續(xù)運(yùn)行，但是這種電網(wǎng)長(zhǎng)期在一相接地的狀態(tài)下運(yùn)行也是不能允許的。因?yàn)檫@時(shí)非故障相電壓升高，絕緣薄弱點(diǎn)很可能被擊穿，引起兩相接地短路，將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)專(zhuān)門(mén)的監(jiān)察裝置，以便運(yùn)行人員及時(shí)地發(fā)現(xiàn)一相接地故障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地的電容電流較大時(shí)，在接地處引起的電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現(xiàn)所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。

(二)中性點(diǎn)諧振接地方式

中性點(diǎn)諧振接地方式是指配電網(wǎng)一個(gè)或多個(gè)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈與大地連接，消弧線圈的穩(wěn)態(tài)工頻感性電流對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)工頻容性電流調(diào)諧，故稱(chēng)諧振接地。當(dāng)一相接地電容電流超過(guò)了上述的允許值時(shí)，可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來(lái)解決。消弧線圈主要有帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成，它們被放在充滿(mǎn)變壓器油的油箱內(nèi)。繞組的電阻很小，電抗很大。消弧線圈的電感，可用改變接入繞組的匝數(shù)加以調(diào)節(jié)。顯然，在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓三相不對(duì)稱(chēng)電壓數(shù)值很小，所以通過(guò)消弧線圈的電流也很小。采用過(guò)補(bǔ)償方式，即使系統(tǒng)的電容電流突然減少也不會(huì)引起諧振，而是離諧振點(diǎn)更遠(yuǎn)。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，一相接地和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高至萬(wàn)倍，三相線電壓仍然保持對(duì)稱(chēng)和大小不變，所以也允許暫時(shí)運(yùn)行，但不得超過(guò)兩小時(shí)。

(三)中性點(diǎn)電阻接地方式

中性點(diǎn)電阻接地方式是指配電網(wǎng)中至少有一個(gè)中性點(diǎn)接入電阻，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。按限制接地故障電流大小的要求不同，分高、中、低值電阻接地方式。當(dāng)中性點(diǎn)電阻接地的系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時(shí)，健全相電壓不升高或升幅較小，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇，接地時(shí)由于流過(guò)故障線路的電流較大，零序過(guò)流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易檢出接地線路。由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)論是永久性的還是非永久性的，均會(huì)導(dǎo)致跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響了用戶(hù)的正常用電，使供電的可靠性下降。

(四)中性點(diǎn)直接接地方式

中性點(diǎn)的電位在電網(wǎng)的任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，這一相直接經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)和接地的中性點(diǎn)短路，一相接地短路電流的數(shù)值最大，因而應(yīng)立即啟動(dòng)繼電保護(hù)動(dòng)作，將故障部分切除。

中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)過(guò)電抗器接地系統(tǒng)，在發(fā)生一相接地故障時(shí)，故障的送電線被切斷，因而使用戶(hù)的供電中斷。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在10kV以上的電網(wǎng)中，大多數(shù)的一相接地故障，尤其是架空送電線路的一相接地故障大都具有瞬時(shí)的性質(zhì)，在故障部分切除以后，接地處的絕緣可能迅速恢復(fù)，而送電線路可以立即恢復(fù)工作。

二、影響配電網(wǎng)接地方式選擇的因素

(一)供電的可靠性

供電可靠性是國(guó)家對(duì)電網(wǎng)的考核指標(biāo)，可是我國(guó)10kV配電網(wǎng)的基本情況是：裝備水平普遍不高，系統(tǒng)備用容量不足，而且自動(dòng)化和管理水平較差等。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地故障絕大多數(shù)是瞬間性的，特別是架空線路電網(wǎng)，只要是小電流接地系統(tǒng)，便無(wú)需繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作，在系統(tǒng)和用戶(hù)幾乎無(wú)感覺(jué)的情況下，接地電弧便可瞬間自動(dòng)熄滅，系統(tǒng)可以保持連續(xù)供電；而對(duì)于極少數(shù)的永久單相接地故障，可以允許電網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)帶故障運(yùn)行。低電阻接地方式與配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地或諧振接地不同，不論單相接地故障是瞬間，還是永久性的，都必須自動(dòng)切除故障線路。

(二)設(shè)備的安全性

接地方式與置于網(wǎng)絡(luò)中的各類(lèi)電氣設(shè)備安全密切相關(guān)。是否引起電氣設(shè)備故障或火災(zāi)，直接與通過(guò)接地點(diǎn)的故障電流大小有關(guān)。對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，其系統(tǒng)的相地間短路通過(guò)相關(guān)導(dǎo)體的對(duì)地電容形成通路，其總電流值等于非故障線路導(dǎo)體對(duì)地電容電流的總和。對(duì)諧振接地系統(tǒng)，其中性點(diǎn)通過(guò)消弧線圈接地，其感抗值與輸電線路的對(duì)地電容的容抗值相等或差值甚小，線路對(duì)地間的分布電容電流消弧線圈產(chǎn)生的電感電流來(lái)補(bǔ)償，從而使電弧很小或熄滅。對(duì)中性點(diǎn)電阻接地系統(tǒng)，通過(guò)中性點(diǎn)電阻器把接地電流限制在保證斷路器動(dòng)作可靠的范圍內(nèi)，其故障電流大小取決于中性點(diǎn)電阻器和故障點(diǎn)處的阻抗值。

(三)通信干擾與電磁兼容

10kV配電網(wǎng)在正常運(yùn)行和故障的情況下，因電磁禍合、靜電禍合、地中電流傳導(dǎo)等原因，可能對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾作用，主要表現(xiàn)為音頻干擾、工頻干擾、接觸干擾、地電位升高和縱向電勢(shì)等。它們隨中性點(diǎn)接地方式的不同造成的干擾程度也有區(qū)別。通信干擾的危害性很大，輕則影響通信質(zhì)量，例如在電話回路中引起雜音、信號(hào)失真和誤碼率增多等；重則危害通信設(shè)備和人身安全，如通信設(shè)備絕緣擊穿、機(jī)房失火、人員傷亡、信號(hào)裝置誤動(dòng)，甚至影響導(dǎo)航信號(hào)的正確性等。前者為干擾影響，后者為危險(xiǎn)影響。雖然光纖通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用可免除因電力系統(tǒng)的接地故障而引起的感應(yīng)電壓的干擾，但是至今數(shù)字脈碼調(diào)制技術(shù)仍大量用于金屬傳輸線路，所以必須考慮干擾影響。

(四)過(guò)電壓

10kV配電網(wǎng)具有分布廣、設(shè)備多、絕緣水平適中等特點(diǎn)，有時(shí)會(huì)因過(guò)電壓而造成絕緣損壞，這一因素是選擇接地方式的重要因素。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)任一相發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電流較小，只等于系統(tǒng)的電容電流，同時(shí)故障設(shè)備與地之間的故障電壓也比較小，因此；這一系統(tǒng)的安全性較高。但是，當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模較大，尤其以交聯(lián)電纜構(gòu)成的中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)單相接地電流大于和等于10～15A時(shí)，其接地電弧不會(huì)自熄，暫態(tài)過(guò)電壓和工頻過(guò)電壓比其他接地方式都高。

總之，在10kV配電網(wǎng)的接地技術(shù)選擇中，要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，對(duì)不同的接地方式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，再結(jié)合不同的接地方式進(jìn)行選擇。