工廠電力系統(tǒng)大電纜配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式與供電可靠性

【摘要】供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行對工業(yè)企業(yè)及大型企業(yè)來說是非常重要的，供電的可靠性、連續(xù)性和安全性要求是非常高的。因此，對大型企業(yè)電力系統(tǒng)電纜配電系統(tǒng)中的中性點(diǎn)接地方式和供電可靠性的可靠性進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】工廠供電；中性點(diǎn)；接地方式

1、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

我國工廠電力系統(tǒng)廣泛采用的中性點(diǎn)接地方式主要有不接地，經(jīng)消弧線圈接地及直接接地三種。根據(jù)主要運(yùn)行特征，可將其接地方式歸結(jié)為兩大類，即：

1.1 非有效接地系統(tǒng)或小接地電流系統(tǒng)

包括中性點(diǎn)不接地，經(jīng)消弧線圈接地，以及經(jīng)高阻抗接地的系統(tǒng)。通常這類系統(tǒng)的零序電抗X0與正序電抗X1的比值大于3，零序電阻R0與正序電抗X1比值大于1，即X0/X1>3，R0/X0>1。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流倍限制到較小數(shù)值，非故障相的對地穩(wěn)態(tài)電壓可能達(dá)到線電壓。

1.2 有效接地系統(tǒng)或大接地電流系統(tǒng)

包括中性點(diǎn)直接接地和低阻抗接地的系統(tǒng)。通常這類系統(tǒng)有X0/X1≤3，R0/X0≤1。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流有較大數(shù)值，非故障相的對地穩(wěn)態(tài)電壓不超過線電壓的80%。工廠電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及短路電流大小、供電可靠性、電壓和絕緣配合、繼電保護(hù)及自動裝置的配置和運(yùn)行條件，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通信干擾等綜合技術(shù)問題。

2、性點(diǎn)不接地系統(tǒng)存在的問題

中性點(diǎn)不接地又叫做中性點(diǎn)絕緣。在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)對地的電位是不固定的，在不同的情況下，他可能具有不同的數(shù)值。中性點(diǎn)的電位偏移稱為中性點(diǎn)位移。中性點(diǎn)位移的程度，對工廠電力系統(tǒng)的絕緣的運(yùn)行條件來說是至關(guān)重要的。

2.1 在進(jìn)行單相接地的過程中，由于避雷器長時(shí)間在工頻過電壓的狀態(tài)下運(yùn)行，非常容易引起損壞，甚至可能導(dǎo)致爆炸。目前，為了預(yù)防爆炸事故的出現(xiàn)，通常是通過對避雷器運(yùn)行電壓進(jìn)行提升的方式來進(jìn)行處理，但這種方法不僅成分高，同時(shí)本質(zhì)上并未實(shí)現(xiàn)對問題的解決，為此這種接地方式并不利于無間隙氧化鋅避雷器的運(yùn)用。

2.2 在出現(xiàn)中性點(diǎn)不接地，電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地的情況下，勢必會致使系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平因此升高，甚至電壓還可能達(dá)到3.5-4.0倍相電壓，所持續(xù)的時(shí)間越長，而一些全封閉組合和電纜的電氣絕緣水平相對較低。

一些進(jìn)口的設(shè)備與我國內(nèi)相同等級的設(shè)備相比，其絕緣水平明顯較低，例如：40kV真空斷路器，進(jìn)口設(shè)備的工頻交流試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)是70kV，而我國同層級別的設(shè)備其標(biāo)準(zhǔn)往往為95kV。針對這些設(shè)備一旦出現(xiàn)擊穿就很難對其進(jìn)行有效修復(fù)，為此，在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，并不建議繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 由于大量使用電纜，故并不適合通過中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的方式來保證供電。通常這種中性點(diǎn)在不接地的系統(tǒng)中，當(dāng)變壓器高壓線圈出現(xiàn)接地、電網(wǎng)突變以及系統(tǒng)出現(xiàn)弧光接地故障或者接地故障的情況下，都非常容易導(dǎo)致系統(tǒng)因此出現(xiàn)過電壓。

針對空載勵磁特性相對較差的電壓互感器，在出現(xiàn)過電壓的情況下，由于勵磁電流出現(xiàn)劇烈增加，必然會致使高壓熔斷器因此出現(xiàn)熔斷現(xiàn)象，甚至還可能導(dǎo)致電壓互感器因此出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，若不無法對其進(jìn)行科學(xué)合理的保護(hù)或者有效的處理，勢必會引起全廠性事故。

3、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)存在的主要問題

3.1 防止中性點(diǎn)電位變化及其電壓升高的根本辦法是，把中性點(diǎn)直接接地。中性點(diǎn)直接接地發(fā)生單相接地故障時(shí)，其短路電流將引起機(jī)電保護(hù)裝置的動作，迅速將故障部分切除，大大縮短延續(xù)時(shí)間，有效地防止單相接地時(shí)產(chǎn)生間歇電弧過電壓及發(fā)展為多相短路的可能性。

因而，這種系統(tǒng)的最大長期工作電壓為運(yùn)行相電壓。即，采用中性點(diǎn)直接接地方式可以克服中性點(diǎn)非有效接地方式所存在的缺點(diǎn)。但是，由于發(fā)生單相接地時(shí)要切斷供電，這將影響工廠供電的可靠性，特別是對于大型企業(yè)，對生產(chǎn)的影響尤為重大，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，有些工廠在線路上廣泛的采用了自動重合閘裝置。

此外，較大的單相接地電流將加重?cái)嗦菲鞯墓ぷ鳁l件，并可能使設(shè)備遭到嚴(yán)重?fù)p壞；同時(shí)，單相接地電流將產(chǎn)生單相磁場，從而對附近的銅芯線路和信號裝置產(chǎn)生電磁干擾。為了避免這種干擾，應(yīng)使輸電線路遠(yuǎn)離通信線路，或在弱電線路上采用特殊的屏蔽裝置。這些措施將在一定程度上使線路的造價(jià)增加。

3.2 為了進(jìn)一步限制單相接地電流，減少接地裝置的投資，通常只將電網(wǎng)中一部分變壓器的中性點(diǎn)直接接地。我國110kV中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的變壓器是沿用蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，采用分級絕緣，中性點(diǎn)的絕緣水平為35kV級絕緣。

這些變壓器的中性點(diǎn)僅用相應(yīng)電壓等級的普通避雷器作為大氣過電壓保護(hù)，多年來由于非大氣過電壓原因使避雷器動作而不能滅弧引起爆炸或損壞者不少，有的甚至造成事故。

因此，目前所用的保護(hù)方式已不能保證系統(tǒng)和變壓器的安全運(yùn)行。這種分級絕緣變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平和保護(hù)方式是制造部門與使用部門之河長期爭論不休的問題，并作為一個(gè)技術(shù)課題進(jìn)行研究。

為解決現(xiàn)場急需，我們用非標(biāo)準(zhǔn)組合避雷器和加大附加雜散電容來改變組合避雷器的沖擊系數(shù)，以彌補(bǔ)以前所采用間隙和避雷器并聯(lián)難以配合的缺陷，基本上能達(dá)到避雷器有足夠的滅弧電壓，使間隙與避雷器能協(xié)調(diào)工作。

4、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的主要問題

4.1 如果采用欠補(bǔ)償方式，當(dāng)運(yùn)行中電網(wǎng)的部分線路因故障或其他原因被斷開時(shí)，對地電容減小，而容抗增大，即可能接近或變成全補(bǔ)償方式，從而使中性點(diǎn)出現(xiàn)不允許的過電壓；同時(shí)，欠補(bǔ)償電流（IC-IL）可能接近或等于零，當(dāng)小于接地保護(hù)的起動電流時(shí)，不能使接地保護(hù)可靠地動作。另外，電網(wǎng)非全相斷線或分相操作時(shí)，電網(wǎng)的綜合對地電容值會有所減小，欠補(bǔ)償電網(wǎng)也有可能出現(xiàn)很大的中性點(diǎn)位移。

4.2 欠補(bǔ)償電網(wǎng)在正常操作下，如果三相不對稱度比較大，可能會發(fā)生數(shù)值很大的鐵磁諧振過電壓。這種過電壓是因欠補(bǔ)償?shù)南【€圈L線和線路電容3C的發(fā)生鐵磁諧振造成的， 它將威脅電網(wǎng)的絕緣。過補(bǔ)償方式則可以完全避免發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象。

4.3 在電網(wǎng)發(fā)展，對地電容增大時(shí)，容抗減小。采用欠補(bǔ)償方式，當(dāng)然仍滿足欠補(bǔ)償條件，但必須立即增加補(bǔ)償容量；而采用過補(bǔ)償方式，消弧線圈仍應(yīng)付一段時(shí)期，至多由過補(bǔ)償轉(zhuǎn)變?yōu)榍费a(bǔ)償運(yùn)行而已。

4.4 系統(tǒng)頻率w變動對兩種補(bǔ)償方式的影響不同。當(dāng)w降低時(shí)，欠補(bǔ)償方式脫諧度的絕對值減小，中性點(diǎn)位移電壓增大；而過補(bǔ)償方式脫諧度的絕對值增大，中性點(diǎn)位移電壓減小。當(dāng)w升高時(shí)，情況相反。但系統(tǒng)中的頻率降低比升高的機(jī)會多得多。（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

所以，一般系統(tǒng)采用過補(bǔ)償為主的運(yùn)行方式，只有當(dāng)消弧線圈容量暫時(shí)跟不上系統(tǒng)的發(fā)展，或部分消弧線圈需進(jìn)行檢修等特定情況下，才允許短時(shí)間以欠補(bǔ)償方式運(yùn)行。對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式還存在如下問題：

4.4.1 要非常準(zhǔn)確地對接地故障進(jìn)行有效判斷，這勢必具有較大的難度，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量微型裝置的靈敏度得到了顯著提升，較好的發(fā)揮了保護(hù)作用，但這與預(yù)期效果卻相差甚遠(yuǎn)。

4.4.2 盡管目前自動調(diào)諧、自動追蹤等智能型消弧線圈已經(jīng)得到了全面推廣應(yīng)用，但當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地的情況下，由于無法及時(shí)調(diào)整消弧線圈，若此時(shí)無法及時(shí)檢測出裝置是否出現(xiàn)故障，就不得不通過線路故障點(diǎn)查找的方式來進(jìn)行判斷。

針對母線結(jié)線相對較為復(fù)雜、出線回路數(shù)也非常多的配電網(wǎng)，查找故障的時(shí)間可能很長，在查找過程中會出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償超過允許值的情況，從而導(dǎo)致弧光復(fù)燃的反復(fù)出現(xiàn)，并因此過電壓現(xiàn)象，致使周圍的電纜均遭到破壞，甚至可能致使事故范圍因此不斷擴(kuò)散。

5、大型企業(yè)配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的可行性

5.1 中性點(diǎn)電阻接地方法可以解決單相接地過電壓的問題

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)電阻電流和故障點(diǎn)電容電流相類似或略大于電容電流時(shí)，可以有效控制弧光接地過電壓的幅值，并有利于繼電保護(hù)。

5.2 供電可靠性

運(yùn)用電阻進(jìn)行接地的過程中，在出現(xiàn)單相接地故障的情況下，就會迅速通過跳閘的方式來應(yīng)對，使得用戶供電連續(xù)性因此受到中斷。但通過石化系統(tǒng)配電網(wǎng)，其與以往的樹形系統(tǒng)或者輻射系統(tǒng)均有明顯的差異，其屬于雙電源供電系統(tǒng)。為此，在該情況下，使得供電的可靠性不再是通過單相接地故障發(fā)生后單純地運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)來進(jìn)行保障，而是通過短時(shí)間停電重啟或者BZT裝置來對其進(jìn)行有效保護(hù)。

短暫停電重啟技術(shù)是一種目前應(yīng)用較廣的配電網(wǎng)技術(shù)，其在確保石化裝置保持連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行上具有非常重要的作用。

BZT裝置同樣作為保證供電可靠性的重要手段，在配網(wǎng)中，石化系統(tǒng)基本上是百分之百的使用，具有非常顯著的成效，與此同時(shí)，還可在石化系統(tǒng)配電網(wǎng)中積極運(yùn)用“智能型快速切換裝置”，其也有助于提升供電企業(yè)的供電可靠性。

除此之外，結(jié)合電纜配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在出現(xiàn)單相接地時(shí)，非常容易引起多種短路事故。并且在單相接地故障的發(fā)生時(shí)，也非常容易致使電纜內(nèi)部因此出現(xiàn)相間短路情況。因電纜故障大多數(shù)屬于永久性故障，為此，在出現(xiàn)故障時(shí)必須盡快將其切除，不建議長時(shí)間在單相狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。而從這方面來說，電阻接地的方式也更佳。

6、結(jié)語

對于工廠供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇涉及到供電系統(tǒng)的可靠性。所以要根據(jù)系統(tǒng)的電壓等級有效合理的選擇接地方式，以確保供電系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯聚林；工廠電力系統(tǒng)大電纜配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式與供電可靠性[J]數(shù)字化用戶2013年06期