某地区低压电网中性点接地运行方式探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某地区低压电网中性点接地运行方 式探讨 摘要：文章以某地区某一次 10kV 线路跳闸事件为例，对该地区低 压电网目前的中性点接地运行方式进行 了分析，阐述了中性点不接地或经消弧 线圈接地方式的缺点，对此提出了中性 点经小电阻接地运行方式，并对其风险 及可行性进行了分析。 中国论文网 /8/view-12923827.htm 关键词：中性点；接地运行方式； 低压电网；线路跳闸；电力系统 文献 标识码：A 中图分类号：TM727 文章编号： 1009-2374（2017）06-0183-04 DOI：10.13535/ki.11- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 4406/n.2017.06.092 近年来某地区发生了多起两条 10kV 线路同时跳闸的事件，直接影响 了供电可靠性和客户满意度，对社会造 成了不良影响。为有效防范低压线路接 地故障引发的人身触电事故，降低线路 单相接地持续运行造成的人身风险，防 止再次出现因单相接地运行导致的两条 10kV 线路同时跳闸从而扩大故障范围 的情况，现对该地区电网 35kV 及 10kV 接地系统运行概况进行分析和探讨。 1 现状 1.1 小电流接地方式的优点 目前，该地区供电局所辖变电站 内的变压器 35kV 侧及 10kV 低压侧接 地方式均为小电流接地方式（不接地或 经消弧线圈接地） 。该接地方式的优点 主要是： 1.1.1 单相接地故障时，暂时不 构成短路回路，接地电流不大，而线电 压能维持不变。 1.1.2 一般情况下，当发生单相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 接地故障时，发出接地信号，调度及运 行人员一般在 2 小时内选择和排除接地 故障，保证连续不间断供电。 1.2 小电流接地方式的缺点 实践表明小电流接地系统也存在 许多问题，随着电缆出线增多，10kV 配电网络中单相接地电容电流将急剧增 加，并带来一系列危害。该接地方式的 缺点是： 1.2.1 当系统发生单相接地故障 时，非故障相的工频电压将升高，引起 多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬 间损坏。 1.2.2 当发生弧光接地时，可能 引起高达工频相电压的弧光过电压，电 弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘， 发展成相间短路，造成停电或损坏设备 的事故。 1.2.3 配电网的铁磁谐振过电压 现象比较普遍，时常发生电压互感器烧 毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁 着配电网的安全可靠性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1.2.4 配电网对地电容电流增大 后，对架空线路来说，树线矛盾比较突 出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起 的短路跳闸事故占很大比例。 1.2.5 在发生接地故障后，系统 最多可允许继续运行 2 小时，若故障未 能及时处理，对靠近接地点的人畜将造 成较大的危害，同时电气设备长时间承 受过电压，加速电气设备的绝缘老化。 1.3 小电流接地选线装置 该地区处于台风、雷雨频发区域， 恶劣天气容易导致 35kV 及 10kV 线路 接地频繁，除影响正常供电外，通常还 会直接影响接地点附近人畜的安全。因 此，该地区电网很早就使用了小电流接 地选线装置，装置动作信息和选线结果 上送调度端，为调度辅助决策、跳闸统 计、配网调度拉路选线提供支持。但小 电流接地选线装置的选线准确率较低， 经统计，2016 年该地区装设了接地选线 装置的变电站的 35kV 及 10kV 出线共 发生故障 121 次，接地选线装置共动作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 84 次。接地选线装置选线正确率仅有 70.25%。其选线准确率低的主要原因是： 1.3.1 接地时的电流很小，线路 故障时的电流与非故障时的电流相比没 有明显的区别。 1.3.2 当接地故障发生时，不但 故障线路对地有电容电流，而且非故障 线路对地同时也有电容电流。这样不单 要测量故障线路的电容电流，还要测量 非故障线路的电容电流并要进行区分， 难度更大。 因为选线准确率低，该地区供电 局所辖变电站内接地选线装置均没有投 入跳闸功能，只投入了发信功能。 2 10kV 跳闸事件的发生 2.1 事前运行方式 该地区供电局所辖 110kV 变电站 A 由 110kV 甲、110kV 乙线供电至 110kV 母线；#1 主变运行供 10kV 1M 母线，#2 主变运行供 10kV 2M 母线； 10kV 丙线、10kV 丁线均挂在 10kV 2M -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 母线运行（见图 1） 。 2.2 事件简述 2016 年 3 月 26 日，110kV 变电 站 A 10kV 丙线、丁线同时跳闸。 110kV 变电站 A 10kV 丙线开关过流 段保护动作，故障相为 AB 相，二次侧 电流为 3.42A（CT 变比 600/1） ，一次值 为 2052A；10kV 丁线开关过流段保 护动作，故障相为 AB 相，二次侧电流 为 3.32A（CT 变比 600/1） ，一次值为 1992A，线路保护正确动作，一、二次 设备均正常。经检查后发现 10kV 丙线 164 公用电缆分接箱 C 相套管绝缘击穿， 10kV 丁线 220K 公用电缆分接箱 601 开 关至 454 公用配电站电缆中间头 A 相接 地故障。 3 中性点不接地或经消弧线圈接 地系统跳闸原因分析 3.1 接地电流分析计算 中性点不接地或经消弧线圈接地 系统单相接地时，其接地电流分析计算 如下： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.1.1 中性点不接地系统单相接 地时电流分布（见图 2）： 由于故障相电流 Ia 为系统非故障 相总电容电流 Iz，幅值较小，上述线路 保护不会动作（见图 3） 。 Ua/（ Za+ZC）=Ia=Iz。 式中：Ua 为 A 相一次电压； Za 为 A 相短路处接地电阻 Ra（如金属性 接地约为 0）和电缆阻抗 Zd 之和，电 缆阻抗约为每公里 0.1；ZC 为系统非 故障线路总电容阻抗，接近无穷大；Ia 为流过保护的 A 相短路一次电流；Iz 为 非故障相总电容电流。 可得 Ia=Iz，约：2030A。 3.1.2 中性点经消弧线圈接地系 统单相接地时电流分布（见图 4）： 式中：Ua 为 A 相一次电压； ZaA 相短路处接地电阻 Ra（如金 属性接地约为 0）和电缆阻抗 Zd 之和， 电缆阻抗约为每公里 0.1；ZC 为系统 非故障线路总电容阻抗，接近无穷大； ZL 为消弧线圈总阻抗；Ia 为经补偿后 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 流过保护的 A 相短路一次电流；Iz 为系 统非故障相总电容电流；IL 为消弧线圈 补偿电流。 可得 Ia 约 2030A。 3.2 中性点不接地或经消弧线圈 接地系统两条线路异名相接地时电流分 布 中性点不接地或经消弧线圈接地 系统两条线路异名相接地时电流分布 （110kV 变电站 A 10kV 丙线 B 相、 10kV 丁线 A 相同时跳闸故障） （见图 6）： 式中：Ua 为 A 相一次电压； Za 为丁线 A 相短路处接地电阻 Ra（约为 2）及电缆阻抗之和。其中，电缆 Zda=0.3（电缆阻抗约为每公里 0.1） ； Zb 为丙线 B 相短路处接地电阻 Rc（约 为 2）及电缆阻抗之和，其中电缆 Zdb=0.4（电缆阻抗约为每公里 0.1） ； ZC 为非故障线路对地系统总电容阻抗， 接近无穷大；Ia 为流过保护的 A 相短路 一次电流；Ib 为流过保护的 B 相短路一 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 次电流；Iz 为非故障相总电容电流。 由以上等值电路（见图 7）可知， 10kV 丁线 A 相、10kV 丙线 B 相同时 或相继发生接地时，通过大地形成回路， 形成了同一电源供电的相间故障，流过 保护的短路电流 Ia=Ib，方向相反。若 设 U 为 AB 相一次电压约为 10000V， 由于 ZaZC、 ZbZC（等值回路中 ZC 可忽略不计） ，大地阻抗可忽略不计， 由以上可得：Ia=10000/ （ 2.3+2.4） 2100A，Ib=10000/（2.4+2.3） 2100A。理论计算值与现场保护装置获 取的短路电流相近。由于故障相一次电 流 Ia、 Ib 幅值较大，基本相等，且达到 保护整定值，保护装置动作出口跳闸 （CT 变比为 600/1，保护定值为 720A） 。 由以上分析计算可知，如 110kV 变电站 A 10kV 丁线或 10kV 丙线其中 一条线路首先发生单相故障或者两条线 路先后发生同名相故障，保护不会动作 跳闸，但如果因为接地使非故障相绝损 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 坏，就会在同一电源两条出线发生异名 相故障，由于形成相间短路故障，短路 电流较大，保护动作后两条线路均跳闸。 此外，如在不同电源的两条出线发生异 名相故障，由于系统阻抗较大，短路电 流一般较小，所以发生此类故障同跳的 几率较小。 综上所述，当中性点不接地电网 发生单相故障，由于故障电流很小，保 护不会动作于跳闸，但由于此时会造成 非故障两相的对地电压升高至正常电压 的倍，容易导致非故障相设备绝缘降低， 故障进一步扩大，将可能发展成为两相 或多相故障，造成线路跳闸。 4 小电阻接地系统 由于小电流接地运行方式在发生 故障时产生的过电压，对设备的绝缘影 响较大，且较难准确定位故障点，导致 故障处理不及时，直接影响了供电质量 甚至引发人身触电事故，为了改变小电 流接地运行方式的不足之处，快速切除 低压线路的接地故障，低压系统中性点 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 经小电阻方式已应用在 35kV 及以下低 压电网。这种接地方式下，当电力系统 发生单相接地时，继电保护装置通过接 地电阻的电流大小来启动零序保护，将 故障线路从系统中隔离。 4.1 该接地方式的优点 4.1.1 能够快速地确定故障位置， 将故障线路进行隔离，及时遏制了谐振 过电压，有效地防止了非瞬时性单相接 地故障发展成相间短路故障。 4.1.2 中性点经低电阻接地后， 在电弧熄灭后，线路的残余电荷可通过 电阻泄漏到大地，中性点的电位迅速下 降，重燃过电压的幅值会降低。 4.1.3 对设备绝缘性要求降低， 节约了投资。 4.1.4 由于设置了零序电流保护， 一旦发生单相接地将立即切除故障，缩 短了故障时间且灵敏度高，可大大减少 人身伤亡事故。 4.1.5 不再依靠允许带故障运行 2 小时来保证供电的可靠性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 4.2 中性点经小电阻接地系统单 相接地时电流分布 中性点经小电阻接地系统单相接 地时电流分布见图 8： 由于故障相电流 Ia 为流过中性点 小电阻（一般取 10）的电流，幅值较 大，保护能可靠动作（见图 9） 。 Ua/（ Za+ZC/Ro） =Ia 式中：Ua 为 A 相一次电压； Za 为 A 相短路处接地电阻 Ra（如金属性 接地约为 0）和电缆阻抗 Zd 之和，电 缆阻抗约为每公里 0.1；ZC 为系统非 故障线路总电容阻抗，接近无穷大；Ro 为变压器中性点接地小电阻约为 10；Ia 为流过保护的 A 相短路一次电 流；Iz 为非故障相总电容电流。 若 Ua 为 A 相一次电压为 5800V，由于 RoZc（等值回路中 ZC 可忽略不计） ，可得：Ia=Ua/（Ra+Ro） =5800/（0+10）=580A 。通过以上计算， 采用了小电阻接地运行方式，当低压线 路发生单相接地故障时，保护装置将依 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 靠零序电流保护，有效、快速切除单相 故障，由于在正常运行和系统发生振荡 时没有零序分量产生，所以零序保护有 较好的灵敏度。 4.3 该接地方式的缺点 4.3.1 当发生单相接地故障时， 不管故障是永久性的，还是瞬时性的， 线路都会自动跳闸。因此，线路跳闸次 数将增加数倍，影响用户的用电需求， 电路送电可靠性降低。 4.3.2 中性点经小电阻接地属于 大电流接地，接地电流比较大，过大故 障电流容易扩大事故，即当电缆发生单 相接地时，强烈的电弧会危及邻相电缆 酿成火灾，扩大事故。 4.3.3 一旦零序保护动作不及时 或嗦菲魇 椋过大的故障电流将使 接地点及附近的电气设备受到更大的危 害，导致相间故障发生。 4.3.4 接地故障时，数百安以上 的接地电流会引起地电位升高达数千伏， 该电压通过接地系统传送到低压设备上， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 而低压设备的绝缘只能够耐低压，所以 容易导致低压设备被击穿而短路，甚至 对人身安全造成影响。 5 建议及措施 通过以上分析、对比各种低压系 统接地运行方式的优缺点，将原来采用 的小电流接地方式改为中性点经小电阻 接地运行方式，既可有效防止因单相接 地导致的相间或多相故障的运行风险， 又可降低因接地故障持续运行造成的人 身触电事故。 目前，由于该地区低压电网均采 用小电流接地方式，为降低因单相接地 故障而造成的各种运行风险，对于未完 成改造的站线应做好以下四点措施： （1）对于电缆老化及电缆中间接头等 薄弱环节，需要加强对相关设备的运行 维护，及早发现问题。同时要提高检测 手段，通过试验方式检验薄弱点的绝缘 程度，做好设备的状态评估；（2）加 强 35kV 及以下电压等级架空线路的线 路巡视，尤其是树木茂盛及工程施工区 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 域，防止外力破坏导致线路断线或者短 路，威胁人身设备安全；（3）调度部 门对于相关 10kV 接地信号要及时响应， 尽快做出判断，及时隔离故障，避免 10kV 线路长期故障运行；（4）就如何 提高消弧选线成功率的问题与消弧选线 装置的厂家进行交流探讨，制定相应可 行的方案。 6 实施的可行性及 风险 （1）该地区城区低压系统多为 电缆线路，而郊区低压线路多为架空线 或混合线路。可在城区和郊区分别选取 12 个变电站作为试点，改造为小电阻 接地运行方式。其中试点的选取应优先 考虑出线电缆老化问题严重、电缆分接 箱绝缘隐患较多和接地故障多发的站点。 但同时需考虑对重要用户和保供电用户 的影响，特别是郊区架空线路，雷雨季 节极易发生单相接地故障（树障或非金 属性瞬时故障） ，势必造成站端出线开 关及保护频繁幼鳎 如发生开关或保 护拒动，将会造成越级跳闸，不但影响 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 16 供电可靠性还导致了故障范围的扩大； （2）目前，该地区电网 110kV 变压器 10kV 侧接线方式均为三角型接线，中 性点不能直接接地，必须加装接地变压 器。如加装在 10kV 两段母线上，当一 台主变故障，备自投动作合上母联开关 后，变为两组接地电阻并联运行，接地 电阻变小，容易造成接地保护的误动， 应考虑增加主变联切接地变回路和定值