試論10kv 配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式

魏學(xué)平

【摘要】在我國(guó)的10kV 配電系統(tǒng)中, 中性點(diǎn)的接地方式基本上有三種:中性點(diǎn)絕緣接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。這三種接地方式各有優(yōu)缺點(diǎn),特別對(duì)于小電阻接地和消弧線圈接地方式孰優(yōu)孰劣問題,一直存在不同的觀點(diǎn)。本文分別介紹了幾種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了接地補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑸槭忻裉峁┛煽康墓╇姟?/p>

【關(guān)鍵詞】10kv配電網(wǎng);中性點(diǎn);接地方式

1.10kv配電網(wǎng)中性點(diǎn)幾種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1中性點(diǎn)不接地

10kV 配電網(wǎng)中大多采用中性點(diǎn)不接地的方式,它的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地后,允許維持二小時(shí)左右的運(yùn)行時(shí)間,不致于引起用戶斷電,可以滿足供電的要求。因?yàn)?這種接地方式在運(yùn)行當(dāng)中如發(fā)生了單相接地故障,由于流過故障點(diǎn)的電流僅為電網(wǎng)對(duì)地的電容電流,當(dāng)10kV配電系統(tǒng)Ijd 限制在10A以下時(shí),接地電弧一般能夠自動(dòng)熄滅,此時(shí)雖然健全相電壓升高,但系統(tǒng)還是對(duì)稱的,故可允許帶故障連續(xù)供電一段時(shí)間(規(guī)程規(guī)定為2小時(shí)),相對(duì)地提高了供電可靠性。而且這種接地方式不需任何附加設(shè)備,只要裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置,以便發(fā)現(xiàn)單相接地故障后能迅速處理, 避免單相故障長(zhǎng)期存在發(fā)展為相間短路故障。但隨著配電網(wǎng)的擴(kuò)大,電纜線路的增多,系統(tǒng)對(duì)地電容電流增大到一定數(shù)值后上述優(yōu)點(diǎn)就不再明顯,并帶來下述系列問題:

(1)當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生接地后,由于接地電弧不能熄滅,導(dǎo)致相間短路,造成用戶停電和設(shè)備損壞事故。

(2)當(dāng)發(fā)生斷續(xù)性弧光接地時(shí),會(huì)引起較高的弧光過電壓,一般為3.5倍相電壓,波及整個(gè)配電網(wǎng),使絕緣薄弱的地方放電擊穿,引起設(shè)備損壞和停電的嚴(yán)重事故。

(3)配電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間諧振過電壓現(xiàn)象比較普遍,這種鐵磁諧振過電壓幅值并不高,但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)以低頻擺動(dòng),引起絕緣閃烙或避雷器爆炸,或在互感器中出現(xiàn)過電流引起熔斷器熔斷等故障。

(4)在架空線與電纜頭下方有靠近線路的樹木時(shí),則在刮風(fēng)下雨時(shí)會(huì)引起單相接地,導(dǎo)致相間短路跳閘停電事故。

(5)由于目前普遍使用的小電流接地系統(tǒng)選線裝置的選線準(zhǔn)確率比較低,還未能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出發(fā)生接地故障的線路。發(fā)生單相接地故障后,一般采用人工試?yán)姆椒▽ふ医拥攸c(diǎn),因此會(huì)造成非故障線路的不必要停電。

《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定:3-10kV電力網(wǎng),當(dāng)單相接地故障電流大于30A時(shí),應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。規(guī)程認(rèn)為電流小于30A時(shí),電弧能夠自熄,但在架空線與電纜混合電網(wǎng)中,當(dāng)單相接地電容電流大于11.75A時(shí)電弧就不能熄滅,針對(duì)上述情況,如在10kV系統(tǒng)中借鑒35kV電網(wǎng)中采用消弧線圈,這必定是一種有效的措施。

1.2中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式, 即在中性點(diǎn)與大地之間接入一定阻值的電阻, 該方式可認(rèn)為是介于中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)直接接地之間的一種接地方式, 世界上以美國(guó)為主的部分國(guó)家采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。采用此種方式,用以泄放線路上的過剩電荷,來限制弧光接地過電壓。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式中,一般選擇電阻的值較小(工程上一般選取10~20Ω)。在系統(tǒng)單相接地時(shí),控制流過接地點(diǎn)的電流在10A~500A之間, 通過流過接地點(diǎn)的電流來啟動(dòng)零序保護(hù)動(dòng)作,因此可快速切除線路單相故障。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的特點(diǎn)有:

(1)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)可以配置零序過流或限流速斷保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí), 故障線路的零序保護(hù)可在(0.5~2.0)sec 切除故障。根據(jù)北京、上海等地的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),零序保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確率在95%以上,可及時(shí)切除故障線路。

(2)由于電阻是耗能元件同時(shí)也是阻尼元件, 相當(dāng)于在諧振回路中串接一個(gè)阻尼電阻，由于電阻的阻尼作用，可以限制諧振過電壓的形成。試驗(yàn)表明，當(dāng)接地電阻值R≤1500Ω，基本上可以消除系統(tǒng)內(nèi)的各種諧振過電壓。

(3)在中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，健全相的過電壓水平可超過3倍相電壓，對(duì)設(shè)備的絕緣水平造成一定的危害。在小電阻接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地電弧第一次自動(dòng)熄滅后，系統(tǒng)的對(duì)地電容的殘余電荷將通過小電阻及時(shí)泄放，因此過電壓幅值不高，不會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓，健全相的過電壓低于3倍相電壓，因此一般不會(huì)危及設(shè)備的絕緣。

1.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

消弧線圈是一個(gè)裝設(shè)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)的可調(diào)電感線圈，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其作用是提供一個(gè)感性電流，用來補(bǔ)償單相接地的容性電流。采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，利用消弧線圈的電感電流對(duì)接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流過接地點(diǎn)的電流減小（10A以下）到能自行熄弧范圍，因接地電流電容電流得到補(bǔ)償，單相接地故障并不發(fā)展為相間故障，按規(guī)程規(guī)定系統(tǒng)可帶單相接地故障運(yùn)行2h。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性，高于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的特點(diǎn)有：

(1)故障點(diǎn)接地電弧可自行熄滅，提高了供電可靠性。由于消弧線圈的感性電流對(duì)故障容性電流的補(bǔ)償，使單相故障接地容性電流在10A以下，因此接地電弧可以自行熄滅并避免重燃。

(2)可降低了接地工頻電流(即殘流)和地電位升高，減少了跨步電壓和接地電位差，減少了對(duì)低壓設(shè)備的反擊以及對(duì)信息系統(tǒng)的干擾。

(3)傳統(tǒng)的消弧線圈需要人工進(jìn)行調(diào)諧，不僅會(huì)使電網(wǎng)短時(shí)失去補(bǔ)償，而且不能有效地控制單相接地的故障電流。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置則能夠隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，及時(shí)、快速地調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈的電感電流能有效地補(bǔ)償接地點(diǎn)的電容電流，避免了間歇性弧光接地過電壓的產(chǎn)生。

2.中性點(diǎn)接地方式的選擇

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有供電可靠性高，對(duì)人身及設(shè)備有較好的安全性，通訊干擾小，投資少等優(yōu)點(diǎn)。比較適合用于系統(tǒng)不大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行方式變化不大的系統(tǒng)。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，主要優(yōu)點(diǎn)是過電壓小，系統(tǒng)電纜可以選擇較低的絕緣水平，以節(jié)省投資。對(duì)于架空線路為主的系統(tǒng)，由于單相接地大多數(shù)為瞬時(shí)故障，而這種接地方式不分單相多相故障的性質(zhì)一律跳閘；對(duì)以電纜為主的配電網(wǎng)，由于電纜很少發(fā)生單相接地瞬時(shí)故障，比較適宜采用經(jīng)小電阻接地方式。

3.10kv配電網(wǎng)接地補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

為適應(yīng)10kV 配電網(wǎng)采用消弧線圈接地補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)也能滿足變電站動(dòng)力與照明混合負(fù)載的需要，選用Z 型接線的變壓器即ZN，yn11連接的變壓器，由于變壓器采用Z 型連接，使零序磁通產(chǎn)生的附加損耗大為隆低，且具有較低的零序阻抗，把它作為中性點(diǎn)接入消弧線圈，不僅使變壓器容量得到充分利用，而且可以作為站用變使用。另外，高壓中性點(diǎn)上安裝有氧化鋅避雷器，對(duì)限制配電網(wǎng)過電壓也起到一定的作用。其次在工程設(shè)計(jì)中可減少變電站的占地面積，節(jié)省投資，一般接地補(bǔ)償系統(tǒng)經(jīng)開關(guān)接入母線，又經(jīng)電纜至Z型變壓器，可以布置在室內(nèi)亦可布置在室外。在變電站內(nèi)初步采用了上述結(jié)構(gòu)的自動(dòng)跟蹤調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置，這種裝置能在過補(bǔ)、全補(bǔ)或欠補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，電網(wǎng)電容電流有在線監(jiān)測(cè)，電容電流變化后微機(jī)發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，而且能顯示出位移電壓、殘流等參數(shù)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，不但為無人值班站創(chuàng)造條件，而且為配電網(wǎng)廣泛采用接地補(bǔ)償裝置提供了方便。[科]