淺析10KV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇和應(yīng)用

王志中 王志宏

【摘 要】由于10（6）kV供電系統(tǒng)初期電容電流相對(duì)較小，隨著電網(wǎng)擴(kuò)容和電力系統(tǒng)內(nèi)饋線(xiàn)電纜的大量使用。原系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地方式已不能滿(mǎn)足系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。通過(guò)對(duì)10（6）kV配電網(wǎng)幾種接地原理和方法的分析，對(duì)昆鋼在生產(chǎn)實(shí)踐中配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式和經(jīng)接地電阻方式的選擇方法和使用條件進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】過(guò)電壓保護(hù)；接地電阻；消弧線(xiàn)圈

[Abstract] Because 10（6）KV power supply system electric capacity electric current is smaller early ， when the system expand to more electric load and the electric cable is a great deal of usage in the electric power system .Originally the neuter earthing point directly connect and earth already dissatisfactory system satisfy .Pass to analyzed 10（6） kV power supply principle and method of Neutral Conductor Earthing and introduce the power supply system earthed through a resistance or an arc suppression coil in factory production in KISCO.

[Key Words] over-voltage protiction；earthing resistance； arc suppression coil

0.引言

在供電系統(tǒng)發(fā)展初期，電力系統(tǒng)的容量較小，由于電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)接地電容電流的一系列危害作用估計(jì)不足，同時(shí)對(duì)電力設(shè)備耐受頻繁過(guò)電流沖擊的能力估計(jì)過(guò)高，中壓供配電系統(tǒng)初期電力設(shè)備的中性點(diǎn)最初都采用直接接地方式運(yùn)行。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，特別是電纜在配電網(wǎng)中大量使用，系統(tǒng)電容電流值已超出直接接地系統(tǒng)的適用范圍，接地電弧電流增加并且不容易自行熄滅。非故障相電壓會(huì)產(chǎn)生3.5倍以上形成弧光接地過(guò)電壓，此種過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)將會(huì)嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的安全。

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過(guò)電壓和絕緣配合》規(guī)定： 3～10KV電纜線(xiàn)路構(gòu)成的系統(tǒng)，單相接地點(diǎn)接地電流大于30A時(shí)中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線(xiàn)圈。而裝設(shè)消弧線(xiàn)圈的主要作用是：（1）補(bǔ)償電容電流，減少故障點(diǎn)的接地電流值；（2）減緩電弧熄滅時(shí)故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度。但是實(shí)際在工廠(chǎng)中壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用消弧線(xiàn)圈接地方式時(shí)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題：（1）由于電網(wǎng)弧光接地的隨機(jī)性，消弧線(xiàn)圈對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、補(bǔ)償定值難度較大。（2）企業(yè)電網(wǎng)不斷擴(kuò)容，消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償容量不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的過(guò)補(bǔ)償要求，需要對(duì)補(bǔ)償線(xiàn)圈進(jìn)行擴(kuò)容改造，增加了建設(shè)投資（3）易產(chǎn)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓和虛幻接地現(xiàn)象，消弧線(xiàn)圈的設(shè)備投資較高，對(duì)維護(hù)和配電值班人員要求較高。因此，消弧線(xiàn)圈在廠(chǎng)級(jí)配電系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的適用條件選用。

1.消弧線(xiàn)圈接地方式在昆鋼供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)昆鋼在玉鋼和紅鋼及昆鋼祿豐土官鈦產(chǎn)業(yè)工業(yè)園區(qū)等項(xiàng)目10KV中壓供配電電網(wǎng)設(shè)計(jì)選型時(shí)，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司要求對(duì)車(chē)間級(jí)中壓開(kāi)關(guān)站接地方式選型要相關(guān)要求：由于地區(qū)總降在110KV（220KV）站內(nèi)已設(shè)置接地變壓器和消弧消諧柜，各廠(chǎng)級(jí)（或車(chē)間）中壓開(kāi)關(guān)站內(nèi)可不再設(shè)置消弧消諧接地。原因主要是：（1）無(wú)論總降和分配電站內(nèi)只要出現(xiàn)弧光接地總降內(nèi)主母線(xiàn)上消弧柜都會(huì)動(dòng)作，故障母線(xiàn)會(huì)將弧光接地直接轉(zhuǎn)化為金屬接地，以消除系統(tǒng)中弧光過(guò)電壓。如果總降和分開(kāi)關(guān)站不分供配電條件都設(shè)置消弧消諧系統(tǒng)接地，就有可能造成站內(nèi)外一個(gè)局部閃絡(luò)故障就可能引起總降和分開(kāi)關(guān)站配電系統(tǒng)的消弧消諧柜保護(hù)動(dòng)作，并將保護(hù)置為金屬性接地方式，危及到系統(tǒng)供電安全。（2）因消弧柜保護(hù)原理是采集系統(tǒng)變化作為判斷依據(jù)，消弧柜本身不能判斷是開(kāi)關(guān)站內(nèi)還是站外發(fā)生故障。若消弧柜保護(hù)動(dòng)作后，若系統(tǒng)存在架空線(xiàn)路就極易引發(fā)相間短路，進(jìn)而出現(xiàn)繼電保護(hù)跳閘動(dòng)作、高壓熔斷器頻繁熔斷等停電事故，危及到系統(tǒng)的供電安全。

近年來(lái)，隨著人們對(duì)中性點(diǎn)的各種不同接地方式有了更好的掌握，并進(jìn)行了創(chuàng)造性的應(yīng)用。中性點(diǎn)接地方式作為理論與實(shí)踐相結(jié)合的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，在昆鋼的改擴(kuò)建項(xiàng)目中，中壓供配電項(xiàng)目實(shí)際中做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)完善，達(dá)到了項(xiàng)目選型和使用要求。

2.系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式的原理及適用范圍的分析

消弧線(xiàn)圈（消弧電抗器）就是一種有鐵芯的電感線(xiàn)圈，也叫消弧電抗器。在中性點(diǎn)非直接接地電力系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)通常經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈接地。單三相線(xiàn)路的某一相發(fā)生弧光接地故障時(shí)，流過(guò)消弧線(xiàn)圈的感性電流可抵消線(xiàn)路對(duì)地電容產(chǎn)生的容性電流，從而使故障點(diǎn)的入地電流大為減少，使電弧不能持續(xù)而自動(dòng)熄滅，避免了事故范圍的擴(kuò)大、避免了發(fā)生弧光接地過(guò)電壓，提高了供電的可靠性。

圖1中C相單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地電壓造詞，未接地相電壓升高倍，線(xiàn)電壓不變。此時(shí)，消弧線(xiàn)圈處于C相相電壓作用下，有電感電流通過(guò)，消弧線(xiàn)圈的電感電流，此時(shí)接地故障電流超前相對(duì)地電壓Uc相位90°，消弧線(xiàn)圈的電感電流相位滯后電壓Uc相位90°， 在接地處和相位差角為180°。即二者方向相反，相互作用抵消?；【€(xiàn)圈能自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流的變化。消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流的三種工作狀態(tài)，即過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償。

（a）

（b）

圖1供電系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地及電流相量關(guān)系圖

Figure1 Power supply system through an arc suppression coil earthing and electric current mutually quantity relation diagram.

2.1完全補(bǔ)償方式：

此時(shí)，當(dāng)時(shí)，感應(yīng)電流與感應(yīng)電壓同相位消弧線(xiàn)圈處于全補(bǔ)償工作狀態(tài)。 此時(shí)補(bǔ)償度K=1，脫諧度。補(bǔ)償度：；脫諧度：。 由于感抗和容抗相等，消弧線(xiàn)圈通過(guò)大地與三相電容構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。當(dāng)三相對(duì)地電容大小不等時(shí)，中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)電壓降，將串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生很大電流。消弧線(xiàn)圈上也會(huì)產(chǎn)生很大壓降，從而中性點(diǎn)對(duì)地電位升高，將威脅到設(shè)備的絕緣。因此一般中壓配電系統(tǒng)不采用消弧線(xiàn)圈完全補(bǔ)償方式。

2.2欠補(bǔ)償方式：

當(dāng)時(shí)，此時(shí)補(bǔ)償度K<1，脫諧度。單相接地故障時(shí)，接地處有電容性欠補(bǔ)償電流，此時(shí)由于系統(tǒng)切除部分故障電路使相對(duì)地電容減小，或由于頻率下降等原因使得系統(tǒng)容抗增大，電容電流下降，此時(shí)有可能產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。因此，在電網(wǎng)的變壓器中性點(diǎn)和具有直配線(xiàn)的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈都不采用欠補(bǔ)償方式。

2.3過(guò)補(bǔ)償方式：

當(dāng)時(shí)，此時(shí)補(bǔ)償度K>1，脫諧度。單相接地故障時(shí)，接地處有電感性過(guò)補(bǔ)償電流，此種補(bǔ)償方式供電系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，即使電網(wǎng)內(nèi)單電容電流減小，則消弧線(xiàn)圈電感過(guò)補(bǔ)償電流更大，因此不會(huì)產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。

由于電網(wǎng)容量是變化的，消弧線(xiàn)圈的容量1.35取值也應(yīng)隨負(fù)荷的變化而變化消弧線(xiàn)圈的投切容量，近年來(lái)，消弧消諧裝置廠(chǎng)家相繼研制出多種自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€(xiàn)圈。這樣配電系統(tǒng)的消弧線(xiàn)圈投切容量可根據(jù)供電負(fù)荷情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.4系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式的特點(diǎn)和適用范圍

（1）采用諧振接地方式的電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性最高，調(diào)節(jié)范圍寬，具有線(xiàn)性調(diào)節(jié)特性，無(wú)諧波污染，可靠性高損耗及噪聲??；

（2）單相弧光接地時(shí)，裝置可瞬時(shí)動(dòng)作使故障點(diǎn)能自動(dòng)快速熄弧。同時(shí)也有效抑制了弧光接地過(guò)電壓。

（4）單相接地的異常過(guò)電壓抑制在2.5 倍相電壓以下。

（5）自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，裝置可以運(yùn)行在欠補(bǔ)、全補(bǔ)和過(guò)補(bǔ)狀態(tài)，而不會(huì)發(fā)生過(guò)去人們擔(dān)心的串聯(lián)諧振過(guò)電壓。

（6）消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)配合小電流接地選線(xiàn)保護(hù)裝置，具有靈敏、可靠、不需整定等優(yōu)點(diǎn)，它是迅速確定接地故障位置的重要設(shè)備。

由上述分析看出：配電系統(tǒng)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式一般在總降一級(jí)開(kāi)關(guān)站和大功率發(fā)電機(jī)等設(shè)備的中性點(diǎn)使用較為合理，而在廠(chǎng)級(jí)使用時(shí)需要有綜合分析有一定的使用限制。

3.系統(tǒng)經(jīng)低電阻接地方式的原理及適用范圍的分析

根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地時(shí)，即使單相接地電容電流不大，也會(huì)由于對(duì)地電弧燃燒與熄滅的重復(fù)過(guò)程，使系統(tǒng)相電壓升高到破壞設(shè)備的絕緣水平，甚至形成相間短路故障。在中性點(diǎn)串聯(lián)接入低阻抗電阻器以后，泄放熄弧后半波的能量，則中性點(diǎn)電位降低，故障相的恢復(fù)電壓上升速度也減慢，從而減少電弧重燃的可能性，抑制電網(wǎng)過(guò)電壓的幅值。

由于10/0.4KV車(chē)間一級(jí)中壓配電系統(tǒng)主要采用電纜作為輸配電介質(zhì)，接地電容電流一般限制在20A以下。此種系統(tǒng)使用消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)不僅系統(tǒng)的造價(jià)成本增加，而且由于廠(chǎng)級(jí)配電系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)較大，消弧線(xiàn)圈投切系統(tǒng)響應(yīng)速度有限。最主要是在投切過(guò)程中有可能發(fā)生串聯(lián)諧振過(guò)電壓?jiǎn)栴}，根據(jù)配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地短路故障轉(zhuǎn)為相間短路故障時(shí)有發(fā)生，尤其在電纜網(wǎng)絡(luò)中，若采用電阻接地方式并配合小電流接地選線(xiàn)裝置，系統(tǒng)可保證在發(fā)生單相接地故障時(shí)，短時(shí)間內(nèi)切除接地短路故障線(xiàn)路。

3.1系統(tǒng)經(jīng)低電阻接地方式的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍

（1）系統(tǒng)經(jīng)低電阻接地方式接地的適用條件是供電系統(tǒng)的電容電流較小，通常在5～10A范圍內(nèi)，綜合保護(hù)裝置與小電流選線(xiàn)裝置配合，保證系統(tǒng)接地故障時(shí)故障線(xiàn)路的快速切斷。

（2）增大接地短路電流，使保護(hù)迅速動(dòng)作，切除故障線(xiàn)路。電阻值的大小，必須使系統(tǒng)具有足夠的最小接地故障電流（大約400A以上），保證接地繼電器準(zhǔn)確動(dòng)作。

（3）此種系統(tǒng)工作接地方式較為經(jīng)濟(jì)，對(duì)工廠(chǎng)配電系統(tǒng)的適用性強(qiáng)、較為簡(jiǎn)單可靠。

因此在系統(tǒng)容量較小、供電范圍在1～2.5km范圍內(nèi)的配電系統(tǒng)（如廠(chǎng)級(jí)中壓配電系統(tǒng)）設(shè)計(jì)時(shí)一般考慮中性點(diǎn)接低電阻方式并配合小電流選線(xiàn)接地裝置可滿(mǎn)足配電系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)性要求。3～10KV電力變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)可直接接地或經(jīng)低電阻接地。

4.結(jié)語(yǔ)

根據(jù)昆鋼現(xiàn)有電力系統(tǒng)的使用經(jīng)驗(yàn)看，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，要綜合考慮電力系統(tǒng)的過(guò)電壓與絕緣配合、供電的可靠性要求、電力系統(tǒng)的中長(zhǎng)期規(guī)劃和系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等多方面的因素，是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)非直接接地方式中智能型消弧線(xiàn)圈接地裝置和小電阻接地保護(hù)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的使用條件選擇系統(tǒng)的接地方式，不能一概而論。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》.

[2] 國(guó)家規(guī)范《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997.

[3]《電力工程電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)水利水電出版社.

[4]《工礦企業(yè)電氣工程師手冊(cè)》. 中國(guó)水利水電出版社.

[5]《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T620-1997.中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.

作者簡(jiǎn)介：

王志中（1973.2），男，漢族，云南昆明人，電氣工程師，研究方向?yàn)楦叩蛪汗┡潆娂捌渥詣?dòng)化。

王志宏（1971-），男，漢族，云南昆明人，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)。