淺談10kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的優(yōu)劣

摘 要：本文根據(jù)供電安全，過(guò)電壓保護(hù)，信號(hào)干擾，可靠性等因素，對(duì)配電網(wǎng)中性點(diǎn)不同接地方式進(jìn)行綜合比較，并對(duì)電弧應(yīng)注意的問(wèn)題，進(jìn)一步分析了抑制線(xiàn)圈接地系統(tǒng)，并提出了今后中性點(diǎn)接地方法的發(fā)展方向的建議。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng)；中性點(diǎn)；接地方式

中圖分類(lèi)號(hào)：TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0067-02

清遠(yuǎn)一半以上的地域都在山區(qū)。地形從西北向東南傾斜，以山脈和丘陵為主要區(qū)域。該平原主要位于北江兩岸的南部地區(qū)。獨(dú)特的地理位置與獨(dú)特的地貌這就造就了十分奇妙的景觀(guān)，如高山峽谷，河流湖泊與原始森林等等。對(duì)于10kV配電網(wǎng)的中性點(diǎn)選擇法而言是電力系統(tǒng)多方面綜合的課題。它與電壓電平，絕緣等級(jí)，繼電保護(hù)，電源的可靠性，甚至與電磁干擾有關(guān)。同時(shí)，人們對(duì)于防止電力體系出現(xiàn)故障主要采用中性點(diǎn)接地的方式，同時(shí)這也是能夠保證電力體系能否安全運(yùn)轉(zhuǎn)的橋梁。因此，有必要將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。伴隨著10kV的配電網(wǎng)絡(luò)的快速突破，特別是電纜廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的電流大大增強(qiáng)，電弧的接地或與過(guò)電壓造成的事故十分多。我國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)接地問(wèn)題十分突顯。尤其是，電容器的繼電保護(hù)等一系列的問(wèn)題解決困難。所以對(duì)于10kV配電網(wǎng)，選擇能夠抑制過(guò)電壓并確保電源可靠性和人身安全的中性接地方法是很有必要的。

10kV的配電系統(tǒng)是中性點(diǎn)未能夠接地的，對(duì)于架空線(xiàn)路的10kV配電網(wǎng)絡(luò)十分有利。對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的電容器電流會(huì)大大的超過(guò)10kV中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的額定值值。假如在這樣的電力網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)發(fā)生單相接地錯(cuò)誤，電弧會(huì)很難熄滅甚至有可能會(huì)造成事故的發(fā)生。與此同時(shí)，單相接地出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，斷路器并不會(huì)不能使用而是繼續(xù)保持運(yùn)行的狀態(tài)。會(huì)使電擊造成個(gè)人傷害進(jìn)而會(huì)造成的更加嚴(yán)重的損失。因此，在一些地區(qū)，特別是近郊區(qū)和郊區(qū)，在10kV的電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不接地的情況主要會(huì)改為中性點(diǎn)接地低電阻體系，不僅能夠減小單相接地瞬態(tài)電壓，控制無(wú)故障。對(duì)于電流的保護(hù)設(shè)備需要進(jìn)行改造，以便在單相接地發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可以選擇性地切斷保護(hù)電路，以確保線(xiàn)路能夠繼續(xù)的工作。

1 對(duì)比中性點(diǎn)不同接地方法

1.1 中性點(diǎn)不接地

如果在配電網(wǎng)中，中性位點(diǎn)沒(méi)有接地，如果電源的電壓值是恒定的，則電源中性點(diǎn)的電位為零，但是假如架空絕緣的線(xiàn)路由于不恒定而被轉(zhuǎn)置安排，這反過(guò)來(lái)會(huì)使得中立點(diǎn)產(chǎn)生電壓的偏移。在正常情況下，偏移電壓不能夠大于電源的5%，所以這會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很小的影響。當(dāng)在主體配電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地障礙的時(shí)候，兩個(gè)無(wú)故障接地的電壓將增加3倍，但是線(xiàn)路電壓將恒定，所以會(huì)對(duì)用戶(hù)影響很小。但是，由于不安全中性點(diǎn)而發(fā)生了單相的接地，保護(hù)器件僅發(fā)射電信號(hào)時(shí)，有時(shí)即使由于故障導(dǎo)致的小電流也不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)被發(fā)送出去。當(dāng)未接地的系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，持續(xù)電弧會(huì)嚴(yán)重干擾電子信號(hào)和電子設(shè)備。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的中性點(diǎn)不會(huì)接地，單相的接地電流非常弱，會(huì)對(duì)周?chē)男盘?hào)體系干擾十分弱小。因此，當(dāng)電流小于10A時(shí)，可以使用這種不接地的模式，如圖1所示。

1.2 小電流接地法

小電流接地法包含一種方法，其中中性點(diǎn)不接地，手動(dòng)調(diào)節(jié)的消弧線(xiàn)圈接地。當(dāng)系統(tǒng)主要由架空線(xiàn)組成時(shí)，由于運(yùn)行方式十分簡(jiǎn)單，小電流接地的方式具有優(yōu)勢(shì)明顯。①因其接地電流很小，電弧能夠瞬間停止工作，并且電源的可靠性高。對(duì)于單相永久接地故障，系統(tǒng)可以在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障，避免多次跳閘。②由于單相接地的電流很弱，因此階躍電壓和接觸電壓都很低，從而大大減弱了人身的傷害，進(jìn)而提高了安全性。③通信系統(tǒng)干擾不大。

1.3 接地補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈

實(shí)際研究表明，當(dāng)接地的電流>時(shí)，會(huì)形成穩(wěn)定的電弧，導(dǎo)致連續(xù)的電弧接地，然后燒斷電線(xiàn)，甚至導(dǎo)致多相間短路。如果接地電流<30A，由于配電網(wǎng)絡(luò)中的電感器和電容器形成諧振電路，因此可能發(fā)生不間斷的電弧放電。這種間歇性電弧很容易導(dǎo)致電弧接地過(guò)電壓。如果接地電流<5A，當(dāng)電流達(dá)到零時(shí)，電弧將自動(dòng)熄滅。在電容器電流>10A的情況下，補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈應(yīng)接地。該方法能夠使得中性點(diǎn)的電壓小于總電壓的，剩余電流大小小于10A。電弧線(xiàn)圈會(huì)永久保持補(bǔ)償狀態(tài)。從而確保安全運(yùn)行。

消弧線(xiàn)圈基本上是可調(diào)節(jié)的電感線(xiàn)圈，其核心安裝在配電網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)單相的接地狀態(tài)發(fā)生時(shí)，能夠產(chǎn)生與接地電流一致但是相反的感應(yīng)電流，從而補(bǔ)償電容并使接地點(diǎn)處電流降到零。當(dāng)電流達(dá)到零并且電弧熄滅時(shí)，設(shè)備消弧線(xiàn)圈能夠減小故障相的電壓恢復(fù)的效率，從而降低電弧再生的可能性。當(dāng)補(bǔ)償狀態(tài)完全凸顯時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓上升到非常高的水平，并且經(jīng)常使用補(bǔ)償來(lái)減小中性點(diǎn)處的過(guò)電壓。在通過(guò)消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償配電網(wǎng)絡(luò)之后，能夠提高電源的連續(xù)性。同時(shí)，由于電源的連續(xù)性，可能會(huì)增加諸如事故之類(lèi)的事情發(fā)生，并且可能會(huì)造成人身傷害的發(fā)生。無(wú)法及時(shí)切斷故障引起的無(wú)線(xiàn)電干擾。造成這些危機(jī)的原因主要是未開(kāi)發(fā)出可靠的保護(hù)裝置，可以快速找到故障線(xiàn)路。

1.4 經(jīng)低電阻接地

這是一種更簡(jiǎn)單的接地方法。其能夠減弱單相接地中沒(méi)有故障的過(guò)電壓大小，克制電弧接地的過(guò)電壓，消除大部分?jǐn)嚅_(kāi)的過(guò)電壓，進(jìn)而消除單相接地會(huì)發(fā)展成障礙。對(duì)具有架空的絕緣線(xiàn)的配電網(wǎng)絡(luò)而言，這種方法增加了由單相接地故障引起的跳閘次數(shù)。如果中性位點(diǎn)阻值選擇得太小，則會(huì)使單相接地電流變大，這將極大地干擾通信線(xiàn)路；如果選擇電阻值過(guò)大的話(huà)，則繼電的保護(hù)不會(huì)可靠。因此，在正常的條件下，當(dāng)電阻器的電流值在100～200A內(nèi)時(shí)，對(duì)線(xiàn)路的干擾很小。在這種情況之下，10kV配電網(wǎng)的中性電阻為400～1000A之間。在基于電纜的配電網(wǎng)絡(luò)中，電容性電流通常保持在150A以上，通常故障的電流主要在間。因此，基于電纜的配電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)低電阻接地適用于中性線(xiàn)。與消弧線(xiàn)圈的接地方法相比，中性點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單通過(guò)產(chǎn)生高電阻的故障，對(duì)個(gè)人安全非常有害并且可能使得電源停止運(yùn)行。為確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，在采用低阻接地方式使用中性點(diǎn)時(shí)，我們需要每時(shí)每刻關(guān)心中性點(diǎn)接地電阻的安全性與穩(wěn)定性。

確定消弧線(xiàn)圈的剩余電流時(shí)，需要綜合考慮失諧度的設(shè)定值，系統(tǒng)中零序電路的有功損耗，控制系統(tǒng)電容電流的測(cè)量誤差，消弧線(xiàn)圈的特性關(guān)系，線(xiàn)性效應(yīng)和其他因素。伏安特性是非線(xiàn)性時(shí)，接地點(diǎn)處剩余電流值不會(huì)是中性點(diǎn)電壓的對(duì)應(yīng)值，并且電壓在中性點(diǎn)可能相比4000V還偏低。

1.5 接地變壓器的阻抗

如果配電網(wǎng)具有三角形連接并且沒(méi)有中性點(diǎn)，則必須經(jīng)過(guò)接地的變壓器形成一個(gè)中性點(diǎn)，接地變壓器通常使用Z型連接線(xiàn)。每個(gè)相線(xiàn)圈分別纏繞在兩個(gè)磁筒上，使得零序磁通量沿磁柱流動(dòng)。因此，Z型的接地變壓器的阻抗值非常的小，可以用作中性線(xiàn)來(lái)表示。在安裝變壓器的時(shí)候，消弧線(xiàn)圈阻抗應(yīng)該與接地變壓器的阻值相互匹配。否則，會(huì)嚴(yán)重的影響消弧線(xiàn)圈的輸出補(bǔ)償電流。

1.6 消弧線(xiàn)圈的安裝

當(dāng)在配電網(wǎng)電容電流>50A的時(shí)候，應(yīng)該及時(shí)用兩個(gè)消弧線(xiàn)圈設(shè)備進(jìn)行中性點(diǎn)的補(bǔ)償。如果電容電流較大，則應(yīng)使用多個(gè)消弧線(xiàn)圈設(shè)備來(lái)分配系統(tǒng)中的變電站。此外，應(yīng)該正確的分區(qū)配電網(wǎng)，并應(yīng)適當(dāng)選擇消弧線(xiàn)圈安裝的位點(diǎn)，以確保在任何運(yùn)行模式下，即便在電網(wǎng)中的各個(gè)線(xiàn)路是斷開(kāi)的，電網(wǎng)的其余部分也將大部分不賠償。同時(shí)，還考慮并網(wǎng)運(yùn)行，區(qū)域運(yùn)行甚至故障運(yùn)行的電網(wǎng)的準(zhǔn)確性。避免僅安裝一個(gè)消弧線(xiàn)圈單元或在一個(gè)地方安裝多個(gè)消弧線(xiàn)圈單元。以這種方式，即使操作分區(qū)，還能夠擴(kuò)大電流調(diào)節(jié)的范圍，從而限制中性點(diǎn)的偏移電壓并且起到消弧線(xiàn)圈作用。

2 優(yōu)化諧振接地

其與手動(dòng)消弧線(xiàn)圈對(duì)比可知，自動(dòng)的消弧線(xiàn)圈具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。前者不僅僅在提高調(diào)諧精度，而且可以抑制電弧接地過(guò)電壓，完成對(duì)電網(wǎng)電流的測(cè)量，并且自動(dòng)去除單接地的故障。目前國(guó)內(nèi)外分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)中都有很多自動(dòng)選線(xiàn)設(shè)備。通過(guò)檢測(cè)相關(guān)電流值，有時(shí)候通過(guò)相位參數(shù)來(lái)判斷三個(gè)電流的接地保護(hù)。三個(gè)接地保護(hù)電流，用于通過(guò)檢測(cè)到的相位來(lái)確定故障的線(xiàn)路。

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐的研究表明，低電阻接地方法與諧振接地方法在操作特性上存在天壤之別，并且電源的可靠性和經(jīng)濟(jì)效率也有所不同。中性點(diǎn)諧振接地的方法更的加滿(mǎn)足了10kV配電網(wǎng)的發(fā)展需要。在10kV配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)通過(guò)電阻接地，會(huì)可有效消除電網(wǎng)故障。在電網(wǎng)的發(fā)展中逐步展示了小電阻接地的中低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)的優(yōu)越性，這必將成為10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展方向。

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收稿日期：2018-7-23