小議電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及其零序保護(hù)

摘 要：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式指的是電力系統(tǒng)中變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與地之間的連接方式。研究表明，選擇合理的中性點(diǎn)接地方式，能對(duì)電力系統(tǒng)的短路電流及過電壓水平產(chǎn)生有效的抑制作用。對(duì)此，文章分別從電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的三種具體形式出發(fā)，淺析如何選擇最佳的中性點(diǎn)接地方式，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)；接地方式；消弧線圈

引言

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式多樣，而文章僅對(duì)以下三種形式進(jìn)行討論：中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)直接接地三種形式。

1 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式的選擇與應(yīng)用

所謂不接地，指的是中性點(diǎn)與地之間毫無實(shí)質(zhì)性的連接，但電力系統(tǒng)的三相實(shí)際上與地之間存有電容，即中性點(diǎn)不接地是經(jīng)等值電容實(shí)現(xiàn)接地的，且中性點(diǎn)不接地的零序電抗是可變的有限值，因此中性點(diǎn)不接地區(qū)別于中性點(diǎn)絕緣。中壓電力系統(tǒng)常采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1.1 供電安全

當(dāng)三相供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)不接地的短路電流比直接接地小■（C是單相對(duì)地電容）倍，因此相對(duì)于直接接地，中性點(diǎn)不接地更安全，注意井下低壓供電系統(tǒng)或爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所只能選擇中性點(diǎn)不接地方式。

1.2 供電可靠

當(dāng)中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，線電壓總是保持對(duì)稱不變，且故障點(diǎn)僅有很小的短路電流，因此不會(huì)影響到用戶的用電安全。正因如此，現(xiàn)有配電網(wǎng)中中性點(diǎn)不接地方式的使用率達(dá)80-90%。此外，較短線路的接地電容僅產(chǎn)生較小的電流，接地電弧可自動(dòng)熄滅，從而免于線路跳閘，即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)允許帶故障運(yùn)行；較長(zhǎng)線路的接地電容會(huì)產(chǎn)生較大的電流，則易形成間歇性電弧和高幅值的弧光接地過電壓，此時(shí)需以繼電保護(hù)來進(jìn)行改善。

1.3 中性點(diǎn)電位升高

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電壓升為相電壓，則中性點(diǎn)的絕緣水平應(yīng)達(dá)到相電壓的標(biāo)準(zhǔn)，但多數(shù)服役期的電網(wǎng)主變均為分級(jí)絕緣變壓器，如此定會(huì)阻礙中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

綜上可知，中性點(diǎn)接地方式尤其適用于三相供電系統(tǒng)、線路較短的配電網(wǎng)，且井下低壓供電系統(tǒng)或爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所只能選擇中性點(diǎn)不接地方式。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

2.1 經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗喙收蠒r(shí)難以維持接地電弧，當(dāng)電流過零時(shí)，電弧會(huì)自行熄滅；且當(dāng)電弧熄滅時(shí)，消弧線圈可減緩故障點(diǎn)電壓的恢復(fù)速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單相接地故障的有效控制；單相接地時(shí)，系統(tǒng)接地點(diǎn)的電流不受故障點(diǎn)的影響，且殘留較小，同時(shí)消弧線圈可對(duì)單線接地故障變?yōu)橄嚅g短路起到抑制作用，此時(shí)電力設(shè)備的繼電保護(hù)及斷路器均無需動(dòng)作。缺點(diǎn)：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，暫態(tài)過電壓和工頻過電壓均較高，補(bǔ)償電網(wǎng)的運(yùn)行較復(fù)雜，則短時(shí)間很難適應(yīng)電網(wǎng)的變化，且此系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)與補(bǔ)償線圈和接地電容組成的LC串聯(lián)電路相似，如果參數(shù)配合不合理，則易出現(xiàn)過高的諧振過電壓。對(duì)此，常用的解決辦法為：在消弧線圈的端部并入電阻，以防產(chǎn)生諧振過電壓，從而實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)選線和控制中性點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)的電壓。

2.2 中性點(diǎn)位移電壓的降低

DL/T620-1997規(guī)定：正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)內(nèi)中性點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的電壓位移應(yīng)？芨系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓？鄢15%。若中性點(diǎn)位移電壓為Un，則Un的函數(shù)式為：Un={U0/[R+j（XL-XC）]}（R+jX1）=U0/■，其中，U0為不對(duì)稱電壓；d為電網(wǎng)的阻尼率；v為消弧線圈的脫諧率。據(jù)此可知，避免中性點(diǎn)位移電壓過高的方法有：（1）降低U0；（2）增加v，即在滿足規(guī)定的前提下，使殘留中僅保留未被補(bǔ)償?shù)母叽沃C波分量和有功分量；（3）增大d，即可將功率較大的阻尼電阻串入消弧線圈的一次回路上，但加裝電阻會(huì)影響到電弧的瞬間熄滅，則應(yīng)在滿足規(guī)定的前提下，減小阻值，且在單相接地故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)切除電阻。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的應(yīng)用時(shí)間較早，主要應(yīng)用于35kV以下的供電系統(tǒng)中及易燃易爆區(qū)。對(duì)于此類接地方式的缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際，在消弧線圈的端部并入電阻，以防產(chǎn)生諧振過電壓。

3 中性點(diǎn)直接接地

中性點(diǎn)直接接地指的是電力設(shè)備中性點(diǎn)經(jīng)零阻抗接地，而非電力系統(tǒng)全部的變壓器均為中性點(diǎn)直接接地。中性點(diǎn)直接接地時(shí)，限流電抗值較小，則單相接地時(shí)會(huì)有較大的電流流過故障點(diǎn)，從而嚴(yán)重影響到電力設(shè)備的正常運(yùn)行及擴(kuò)大故障范圍，并最終引起大面積的停電及威脅到運(yùn)行人員的人身安全。圖1為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的示意圖。

圖1 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的示意圖

結(jié)合圖1可知，正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓與電流對(duì)稱，同時(shí)中性點(diǎn)直接接地存在以下優(yōu)點(diǎn)：電力設(shè)備的繼電保護(hù)易動(dòng)作，即經(jīng)斷路器的瞬時(shí)動(dòng)作，可縮小較大短路電流的流經(jīng)范圍及使中性點(diǎn)電位停留在地電位。如此一來，最大長(zhǎng)期工作電壓仍為相電壓，則可降低接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電壓。據(jù)此可知，中性點(diǎn)直接接地適用于超過110kV的電網(wǎng)，理由是此類電網(wǎng)的單相接地率小于中低壓電網(wǎng)，因此僅需提高線路的抗雷擊水平及裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，便可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。此外，中性點(diǎn)直接接地也適用于600V以下的低壓電網(wǎng)。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的合理選擇關(guān)乎電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此應(yīng)予以足夠的重視。文章簡(jiǎn)單介紹了三種常見的中性點(diǎn)接地方式，即中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)直接接地。研究表明，中性點(diǎn)不接地方式適用于三相供電系統(tǒng)和線路較短的配電網(wǎng)，且表現(xiàn)出供電安全和供電可靠的優(yōu)點(diǎn)；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地主要應(yīng)用于35kV以下的供電系統(tǒng)中及易燃易爆區(qū)，但應(yīng)在消弧線圈的端部并入電阻來應(yīng)對(duì)存在的應(yīng)用缺陷；中性點(diǎn)直接接地適用于高于110kV的高壓電網(wǎng)及低于600V的低壓電網(wǎng)。總之，多種中性點(diǎn)接地方式的出現(xiàn)是為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要，因此在今后的研究中，應(yīng)不斷拓寬研究的廣度和深度，以確保研究的內(nèi)容不脫離實(shí)際需要及更好地為社會(huì)發(fā)展服務(wù)。

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