10kv 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式初探

周日龍 葉志申

摘要: 10kV 配電網(wǎng)中性點(diǎn)通?？煞譃椴唤拥叵到y(tǒng)、經(jīng)電阻接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。本文主要介紹10kv 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式的構(gòu)成、保護(hù)方式和計(jì)量方式。

關(guān)鍵詞: 10kv 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式小電阻接地

1引言

10kV 配電網(wǎng)中性點(diǎn)通常可分為不接地系統(tǒng)、經(jīng)電阻接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。由于選擇接地方式是一個(gè)涉及線路和設(shè)備的絕緣水平、通訊干擾、繼電保護(hù)和供電網(wǎng)絡(luò)安全可靠等因素的綜合性問(wèn)題, 所以我國(guó)配電網(wǎng)和大型工礦企業(yè)的供電系統(tǒng)做法各異。以前, 10kV 架空電力線路大都采用中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。近年來(lái)隨著10kV 系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和電纜應(yīng)用的普及, 一些城市電網(wǎng)大力推廣電阻接地的運(yùn)行方式, 使得10kv 系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式、中性點(diǎn)選擇、計(jì)量方式、繼電保護(hù)配置與10kV絕緣系統(tǒng)有了很大區(qū)別。

2配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式運(yùn)用現(xiàn)狀

一般架空線路的小電網(wǎng), 網(wǎng)絡(luò)電容電流小, 可選用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。架空線路的大電網(wǎng), 網(wǎng)絡(luò)電容電流較大, 可選用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。城市電纜配電網(wǎng), 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較好, 可選用中性點(diǎn)經(jīng)中值或低值電阻器接地系統(tǒng)。若要求補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電容電流限制接地故障

入地電流, 還可選用中性點(diǎn)經(jīng)中值電阻器與消弧線圈并聯(lián)的接地方式。

3中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式定義及阻值選擇

( 1) 定義: 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)通過(guò)一電阻接地, 其單相接地時(shí)的電阻電流被限制到等于或略大于系統(tǒng)總電容充電電流值。 此種接線方式屬于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng),即大電流接地系統(tǒng)。和消弧線圈接地方式相比, 改變了接地電流相位, 加速泄放回路中的殘余負(fù)荷, 促使接地電弧自熄, 降低弧光過(guò)電壓, 同時(shí)提供足夠的零序電流和零序電壓, 加速切除故障線路。

( 2) 中性點(diǎn)電阻值的選擇

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料, 從降低內(nèi)部過(guò)電壓考慮, 根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算, 選擇原則為RN ≦1/ ( 3C) 。這樣選有幾個(gè)好處: 一是RN 是發(fā)生單相接地故障時(shí), 系統(tǒng)對(duì)單相接地故障電流出現(xiàn)的最大值; 二是非故障相的最大工頻諧振電壓≦2. 8U相; 三是能滿足零序保護(hù)的靈敏度要求。

4建立系統(tǒng)中性點(diǎn)的方式

最簡(jiǎn)單的方式是利用電源變壓器星形繞組的中性點(diǎn)來(lái)連接中性點(diǎn)電阻器, 但實(shí)際上, 大多數(shù)配電網(wǎng)電源變壓器是y / d 型, 二次側(cè)采用的是△連接, 必須采用專用接地變壓器才能獲得中性點(diǎn)。對(duì)于這一類變壓器中性點(diǎn)接地的常見(jiàn)連接方式是: 1) 直接接入y / d 專用接

地變壓器, 如圖1所示, 該接地變壓器采用一臺(tái)y/ d 接線零序阻抗較小的三柱芯式變壓器, 其一次星形繞組中性點(diǎn)直接連接中性點(diǎn)電阻器, 二次接成三角形繞組,可以減小單相接地故障時(shí)變壓器中的零序壓降。2) 直接接入三相曲折形接地變壓器, 這也就是常說(shuō)的“Z”形變壓器, 它由6 個(gè)相同的繞組連成三相曲折形。

該變壓器采用Z 型接線, 與普通變壓器的區(qū)別是每相線圈分別繞在兩個(gè)磁柱上, 這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通, 而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通, 所以Z 型接地變壓器的零序阻抗很小, 而普通變壓器要大得多。

5單相接地故障電流分布特點(diǎn)比較

以下分析中, 設(shè)每條線路三相對(duì)地電容相等, 分別以集中參數(shù)C1、C2、C3 表示, L 1、L 2、L 3 表示三條出線。規(guī)定電流從母線指向線路為正方向。

( 1) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng): 假設(shè)A 相金屬性接地, 可畫(huà)出單相接地故障時(shí)的零序網(wǎng)絡(luò)及向量圖見(jiàn)圖2。

規(guī)定電流從母線指向線路為正方向，零序電流與零序電壓的關(guān)系是：

通過(guò)以上分析, 可得出結(jié)論: 1) 全電網(wǎng)都將出現(xiàn)零序電壓; 2) 非故障線路上流過(guò)的零序電流等于本支路對(duì)地電容電流; 3) 故障線路上流過(guò)的零序電流等于全系統(tǒng)非故障線路對(duì)地電容電流之和。

( 2) 當(dāng)此電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí), 設(shè)中性點(diǎn)電阻為RN , 則可得到發(fā)生單相接地故障時(shí)的零序網(wǎng)絡(luò)及向量圖, 如圖3所示。

( 3) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí), 等值電路與向量圖4。

各線路始端所放反映的零序電流為：

可見(jiàn)非故障線路中的零序電流情況仍與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相同, 但故障線路始端所反映的零序電流3I°0f比中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)增加了一個(gè)感性電流分量- I°L ,其方向超前3U°090°。

6防御單相接地故障的繼電保護(hù)

從以上分析可知, 在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的配電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí), 無(wú)零序電流、非故障相電壓升高3 倍, 繼電保護(hù)裝置一般配置絕緣監(jiān)察裝置并只發(fā)預(yù)告音響信號(hào)。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地后, 對(duì)單相故障而言, 故障電流增大, 并有零序電流產(chǎn)生, 因而保護(hù)配置應(yīng)增加零序保護(hù)并作用于跳閘。根據(jù)經(jīng)驗(yàn), 10kV 出線為電纜時(shí),加裝零序電流互感器, 采用套在三相電纜上的單個(gè)CT方式, 避免CT 的誤差和飽和差異所造成的不平衡電

流。保護(hù)配置宜采用兩階段式的零序電流保護(hù)—— 零序電流速斷保護(hù)和零序電流過(guò)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(guò)被保護(hù)線路的單相接地電容電流。10kV 線零序電流保護(hù), 只能用三相電流互感器的零序過(guò)濾器或零序差動(dòng)保護(hù)。

7計(jì)量方式

對(duì)于中性點(diǎn)不接地10kV 的計(jì)量方式, 一般采用三相三線計(jì)量方式, TV 采用V/ V 接線。但10kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)采用經(jīng)小電阻接地后, 計(jì)量方式如何呢? 根據(jù)DL/ T 448- 2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》之電能計(jì)量裝置的接線方式: 1) 接入中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置, 應(yīng)采用三相三線有功、無(wú)功電能表, 接入非中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置應(yīng)采用三相四線有功、無(wú)功電能表或3 只感應(yīng)式無(wú)止逆單相電能表; 2) 接入中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的3 臺(tái)電壓互感器, 35kV 及以上的宜采用Y/ y 方式接線; 35kV 以下的宜采用V / V 方式接線。接入非中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的3 臺(tái)電壓互感器, 宜采用Yo / yo 方式接線。其一次側(cè)接地方式和系統(tǒng)接地方式相一致。

根據(jù)DL/ T 825- 2002《電能計(jì)量裝置安裝接線規(guī)則》之4. 1. 2 高壓計(jì)量之4. 1. 2. 1 中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)一般采用三相三線有功、無(wú)功電能表, 但經(jīng)消弧線圈等接地的計(jì)費(fèi)用戶且年平均中性點(diǎn)電流大于0. 1%I N( 額定電流) 時(shí), 也應(yīng)采用三相四線有功、無(wú)功電能表。

4. 1. 2. 2 中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)應(yīng)采用三相四線有功、無(wú)功電能表。

10kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)采用經(jīng)小電阻接地屬于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng), 因此計(jì)量方式宜為三相四線計(jì)量方式,TV 接法為Yo/ y o 方式接線。

8結(jié)論

( 1) 電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后, 對(duì)電弧接地過(guò)電壓有較大的抑制作用, 從而有效地抑制過(guò)電壓對(duì)電機(jī)、電纜絕緣的危害, 保證了用電設(shè)備的安全運(yùn)行;

( 2) 對(duì)于單相接地電容電流較小, 高壓電動(dòng)機(jī)和電纜線路較多的電網(wǎng), 運(yùn)行多年后, 電纜的絕緣將降低和老化, 更易遭受異常過(guò)電壓的襲擊和破壞, 所以宜采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式。為防止單相接地發(fā)展為相間短路, 單相接地故障應(yīng)立即作用于跳閘。

( 3) 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單, 接地設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維修, 中性點(diǎn)電阻一旦接入不用經(jīng)常改變, 所需設(shè)備和投資不多, 但經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

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[ 2] DL/ T 448- 2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》.

[ 3] 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[ M] . 清華大學(xué)出版社,王維儉

（作者單位：東莞市常平供電公司）

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。