非線性中性點接地電阻在自備電廠的應(yīng)用

摘要：接地變及接地電阻柜適用于系統(tǒng)中性點采用小電阻或中電阻接地的場合，將不接地系統(tǒng)變成經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時立即跳閘切除故障線路。然而在接地變及接地電阻選配不合適的情況下，接地變頻繁故障，導(dǎo)致退出運行，使得接地系統(tǒng)仍改變?yōu)椴唤拥叵到y(tǒng)，況且接地變故障造成諸多不安全因素。

關(guān)鍵詞：中性點;接地電阻;接地電阻變;非線性

前言

某大型化工廠配套自備電廠4×125MW機組10kV系統(tǒng)接地電阻柜因接地電阻電流和接地變對器的容量不匹配，在實際運行時，接地變壓器高壓繞組多次燒壞，改變了系統(tǒng)的接地方式，原電阻接地變成現(xiàn)在的中性點不接地系統(tǒng)，如果更換增大接地變壓器的容量，原配套的電阻熱穩(wěn)定性較差，發(fā)生單相接地時，同樣會損壞電阻，變成不接地系統(tǒng)。中性點不接地系統(tǒng)的主要故障是系統(tǒng)諧振過電壓激發(fā)單相弧光接地。單相弧光接地的危害性主要表現(xiàn)在兩個方面一是引發(fā)系統(tǒng)高倍過電壓，包括諧振過電壓，二是容易發(fā)展成為系統(tǒng)短路故障。

一、 10KV 系統(tǒng)中性點運行方式存在問題：

（1）因廠用供電系統(tǒng)較龐大，電容電流較大，發(fā)生單相接地故障時故障點的電弧很難被熄滅，極易發(fā)展為三相故障。

（2）選線裝置上的回路數(shù)較多，選線裝置不能百分之百的選出故障回路。

（3）雖然接地電容電流較大，但是拿綜保裝置來說反應(yīng)到二次的電流任然很小且不穩(wěn)定，導(dǎo)致零序保護整定困難，定值太小易誤動，定值太大又會不動，很難找到最佳點，所以系統(tǒng)發(fā)生接地故障時零序保護發(fā)揮的作用特別少。

（4）多起較大電氣事故均由單相接地故障發(fā)展三相短路故障所引起，每次發(fā)生三相短路故障時，均會啟動速斷保護導(dǎo)致一連串開關(guān)跳閘。針對以上問題，現(xiàn)對10KV 系統(tǒng)接地方式進行分析對比，并根據(jù)分析情況提出應(yīng)對改造措施。當發(fā)生單相接地故障時，強大的電弧能量會使單相接地故障很快轉(zhuǎn)化為相間短路，迫使10kV 故障回路電源端斷路器切斷電源，所以不接地系統(tǒng)在發(fā)生一個接地故障后仍能保證供電不間斷的優(yōu)點已不復(fù)存在。同樣面對如此大的電容電流，小電阻接地方式的接地電阻值也面臨阻值選擇困難問題，電阻值選擇不合理同樣會功虧一簣[1]。

二、 改造方案

接地變壓器的容量的確定：10kV， 250kVA;電阻器的接地容量：5750kJ;在二次側(cè)需安裝一個接地變壓器，其一次側(cè)為有中性點的星形繞組，把原接地變壓器的容量50kVA更改為250kVA。具體改造如圖所示：

從圖中可知，正常運行時，中性點電壓很低，非線性電阻呈高阻狀態(tài)，流經(jīng)其中的電流非常小，基本上處于開路狀態(tài)，系統(tǒng)相當于不接地。因此，具有不接地方式供電可靠性高，安全性好的特點。若系統(tǒng)發(fā)生故障，引發(fā)高倍過電壓時，中性點電壓會同時升高，非線性電阻立即響應(yīng)而導(dǎo)通，將電壓限制在設(shè)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)的過電壓也被限制在2倍以下。此時系統(tǒng)又具備了有效接地系統(tǒng)過電壓水平低、選線準確率高的特點，并優(yōu)于經(jīng)小電阻接地方式。當系統(tǒng)發(fā)生諧振時，非線性電阻的巨大能容很快地吸收諧振能量。因過電壓被限制在較低水平，所以互感器的特性處于線性區(qū)域，呈高感抗狀態(tài)而使諧振消失。當系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，非線性電阻及時吸收接地電荷能量，同時限制弧道的恢復(fù)電壓，使接地電流過零后不容易重燃，弧光很快熄滅，其綜合性能優(yōu)于消弧線圈。當發(fā)生永久性接地時，非線性電阻保持相電壓水平，電阻中流過的電流較穩(wěn)定，可維持運行。也可以通過選線對故障饋線進行延時切除或快速切除，適宜于各種不同的運行要求。經(jīng)非線性電阻接地的系統(tǒng)過電壓水平被限定在絕緣允許范圍內(nèi)，電氣設(shè)備的絕緣被高電壓沖擊的可能性減小，小故障引發(fā)大故障的概率也大大降低，供電的可靠性和安全性有很大提高。

三、 可行性分析

改造后中性點非線性電阻柜實時檢測中性點電壓，無延時準確動作滅弧各消除諧振，吸收弧光、諧振能量，有效防止恢復(fù)電壓沖擊時弧道重燃。能有效的控制弧光過電壓，保證高壓電機和相關(guān)設(shè)備的安全運行。

（1）系統(tǒng)中無需增設(shè)消弧消諧柜來被保護，消弧柜動作時，故障已經(jīng)發(fā)生，而非線性電阻柜，故障有發(fā)展初始狀態(tài)就導(dǎo)通，抑制過電壓的產(chǎn)生，來保護設(shè)備的絕緣不被破壞。

（2）可快速切斷接地故障點，過電壓水平低，能消除諧振過電壓，可采用絕緣水平較低的電纜和電氣設(shè)備。

（3）減少絕緣老化，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備可靠性。

（4）系統(tǒng)中不需要增設(shè)小電流選線，開關(guān)柜綜合保護啟用零序保護，可快速準確的判斷故障線路，采用快速切除，杜絕事故進一步擴大。

（5）有利于降低系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平和提高系統(tǒng)安全可靠運行水平，由于系統(tǒng)的工頻電壓升高和暫態(tài)過電壓倍數(shù)較低，可以將雷電過電壓和操作過電壓限制到較低水平，所以，中性點經(jīng)非線性電阻接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備承受的過電壓數(shù)值低、時間短，可以適當降低設(shè)備的絕緣水平，節(jié)約設(shè)備投資，對采用原標準的設(shè)備則安全可靠性和設(shè)備使用壽命大大增長，同時也大大提高整個系統(tǒng)的運行可靠水平，具有明顯的經(jīng)濟效益。

（6）非線性中性點電阻是耗能元件，也是阻尼元件不會引發(fā)電網(wǎng)諧振[4]。適當選擇非線中性點電阻能容值，可以將過電壓倍數(shù)限制在滿意的范圍內(nèi)。是消除系統(tǒng)各種諧振過電壓的最有效措施，非線性中性點電阻相當于在諧振回路中并接一個阻尼電阻，由于電阻的阻尼作用，可以消除系統(tǒng)的各種諧振過電壓。

非線性電阻接地運行方式主動抑制過電壓方式，過電壓倍數(shù)低，故障回路查找準確，利用電阻物理特性主動在線保護，采用整定中性點電壓值來抑制系統(tǒng)過電壓，容量可以通過并聯(lián)實現(xiàn)增大[2]。

四、 結(jié)論

電網(wǎng)中性點經(jīng)非線性電阻接地運行方式可以把單相接地故障電流限制在較低范圍內(nèi)，比小電阻接地方式下要低很多，可以有效地限制單相接地故障電流的危害性，對電網(wǎng)中的電力設(shè)備均可起到不同程度的保護作用。如可以減少一次設(shè)備頻繁的短路電流沖擊;減少斷路器的遮斷次數(shù)和繼電保護的動作次數(shù)和誤動;減少斷路器的拒動概率以及運動人員的誤操作概率;降低線路絕緣子的損壞率;減輕設(shè)備的運動維護與檢修工作量等。

參考文獻：

[1]趙智大. 電力系統(tǒng)中性點接地問題.北京：中國工業(yè)出版社，1965.

[2]夏承銓. 非線性電路.西安：交通大學(xué)出版社，1986.

[3]李福壽. 中性點非有效接地電網(wǎng)的運行.北京，水利電力出版社，1993.

[4]張金霞. 電網(wǎng)中性點接地方式探討.天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2003年3月第一期.

作者：李錦鋒 1982年8月，主要研究：火力發(fā)電廠電氣運行