（电气工程专业论文）清镇变10kv电网中性点接地方式研究.pdf

重医态堂王程亟堂僮论塞 虫塞摘要 摘要 电力系统中性点接地运行方式是一个非常综合的技术问题，它与电网电压等 级、电网结构、绝缘水平、供电可靠性、继电保护、电磁干扰、人身安全都有很 大的关系。 过去我国l o k v 电网主要有不接地、经消弧线圈接地和经电抗接地等几种运行 方式，而大部分采用中性点不接地和经消弧线圈接地运行方式。8 0 年代中后期为 了适应城区电网的迅猛发展。特别是电缆的大量采用，出现了l o k v 电网中性点经 小电阻接地方式。该运行方式先后在许多大城市如广州、上海、北京、珠海等地 采用。但经多年的运行，各地普遍认为小电阻接地方式比消弧线圈接地方式的过 电压水平要低，但同时反映出的运行状况却存在较大差异。上海、广州等地反映 运行状况良好；珠海等地反映运行状况存在较多的问题，主要是多项供电可靠性 指标有所下降，且发生多起人身伤亡事件。因此国内在l o k v 电网中性点接地运行 方式的选择上出现了较大争议。争议点主要是在l o k v 电网接地故障的形式、消弧 线圈接地的应用范围、两种运行方式供电可靠性的高低、人身安全、通讯干扰和 运行维护工作量等诸多方面。 本论文就是针对电力系统l o k v 电网中性点接地运行方式的选择问题进行研 究。论文首先对l o k v 电网的中性点运行各种方式进行分析，比较各种运行方式的 特点，然后以贵州清镇市变电站l o k y 电网的实际参数来建立数值计算模型，在考 虑了电网接地电容电流变化、接地点接地电阻值变化等多种影响因素的情况下， 对中性点经消弧线圈接地和经小电阻接地方式下电网的过电压水平和接地点短路 电流大小进行了数值计算和分析，另外还就对通信干扰等问题进行了初步的探讨。 通过研究，得出了具有一定工程实用价值的结论，为l o k v 电网中性点接地方式的 选择提供了一定的参考依据。对于清镇市变电站l o k v 电网中性点接地运行方式， 建议采用经消弧线圈接地运行方式为好。 关键词：l o k v 电网，中性点接地方式，消弧线圈，过电压 重麽态堂王提亟堂位论奎 芸窑擅要 a b s t r a c t t h ep r o b l e ma b o u tn e u t r a lg r o u n d i n gm o d eo ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m i s a na l l 。a r o u n dt e c h n i c a lp r o b l e mw h i c ha s s o c i a t e dw i t hn o t o n l yp o w e r s y s t e mr e l i a b i l i t y ，i n s u l a t i o nc o o r d i n a t i o n ，e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，b u t a s s a u l ts a f e t y i nc h i n a ，t h en e u t r a lg r o u n d i n gm o d eo ft h e1 0 k vn e t w o r ki n v o l v e do f n o n eg r o u n d i n g ，g r o u n d i n gb ya r cs u p p r e s s i n gc o i l so rr e a c t a n c eg r o u n d i n gi n t h ep a s t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc i v i cp o w e rn e t w o r k ，l o wr e s i s t a n c e g r o u n d i n g m o d ew a su s e dt or e s t r a i nt h e o v e r v o l t a g e ，p a r t i c u l a r l y i n g u a n g z h o u ，s h a n g h a i ，b e i j i n g ，a n dz h u h a ie t c i tw a sr e p o r t e d t h a tt h e o v e r v o l t a g el e v e lo fl o wr e s i s t a n c eg r o u n d i n gm o d ei sl o w e rt h a nt h a to fa r c s u p p r e s s i n gc o i lm o d e ，b u tt h eo p e r a t i o nc a r r i e do u tt h eo t h e rw a y 。a t s u b s t a t i o n si ng u a n g z h o ua n ds h a n g h a ii tw a sf o u n dt h a tt h el o wr e s i s t a n c e g r o u n d i n gm o d ei ss u c c e s s f u l b u ti ns o m ea r e a s ，s u c ha sz h u h a i ，s u b s t a t i o n s g r o u n d i n gw i t h l o wr e s i s t a n c er e v e a l e ds o m ep r o b l e m s ，i n c l u d i n gp o w e r s u p p l yr e l i a b i l i t yr a p i d l yd r o p p i n g ，t r a n s m i t t i n gl i n e o f t e n t r i p p i n g ；a n d p e r s o ns a f e t yb e i n gt h r e a t e n e d s oi n t e r i o r l yt h eg r o u n d i n gm o d es e l e c t i o no f t h e1 0 k vn e t w o r kw a sd i s p u t e d ，w h i c hm a i n l yf o c u s e do nt h ef a u l tf o r mo f l o k vn e t w o r kg r o u n d i n g ，t h ea p p l ya r e ao fs u p p r e s s i n ga r c i n gc o i lg r o u n d i n g m o d e ，p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y l e v e lo ft h et w om o d e s ，p e r s o ns a f e t y ， c o m m u n i c a t i o ni n t e r f e r ea n dt h ew o r k l o a do fm a i n l e n a n c e t h i sp a p e rs t u d i e do nh o wt os e l e c tt h en e u t r a lg r o u n d i n gm o d eo fl o k v n e t w o r k f i r s t l yi ta n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fg r o u n d i n gm o d e sa b o u t1 0 k v n e t w o r k t h e nw i t ht h ed e m o n s t r a t i o no fq i n g z h e ns u b s t a t i o no fg u i z h o u p r o v i n c e ，t h i sp a p e rb u i l tan u m e r i c a lv a l u ee q u i v a l e n tm o d e l t a k i n ga c c o u n t o ft h et r a n s f o r m a t i o no ft h ec a p a c i t o rc u r r e n to rt h ev a r i e t yo ft h eg r o u n d i n g p o i n tr e s i s t a n c e ，i tc a l c u l a t e dt h eo v e r v o l t a g el e v e la n dt h eg r o u n d i n gp o i n t s h o r tc u r r e n tv a l u eo ft h en e tw i t ha r cs u p p r e s s i n gc o i lg r o u n d i n gm o d eo rl o w r e s i s t a n c eg r o u n d i n gm o d e ，i na d d i t i o n ，t h ep a p e rd i s c u st h ep r o b l e mo f e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c ea b o u tt h ec o m m u n i c a t i o n t h e r e f o r e ，t h e c o n c l u s i o ni sv a l u a b l et o e n g i n e e r i n ga p p l y ，a n dc o u l db ec o n s u l t e df o rt h e s e l e c t i o no ft h en e u t r a lp o i n tg r o u n d i n gm o d eo ft h e1 0 k vn e t w o r k a st o i i 重废太堂王程亟堂僮论奎 墓塞摘翼 q i n g z h e ns u b s t a t i o n o fg u i z h o up r o v i n c e ，i ti s s u g g e s t e dt oa d o p tt h e a r c s u p p r e s s i n gc o i lm o d ei nr e c e n ty e a r s k e yw o r d s ：l o k ve l e c t r i cn e t w o r k ，n e u t r a lg r o u n d i n gm o d e ，e x t i n c t i o nc o i l ， o v e r v o l t a g e i 重区态堂工程亟堂位监毫 ! 绪j 佥 1 1 问题的提出 1 绪论 电力系统中性点接地方式是一个涉及供电可靠性、人身安全、设备安全、绝 缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰、电磁兼容及接地装置等多方面的综 合性技术问题“1 。它对电网运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。 在电网发展初期，中压电网中性点采用直接接地方式，其出发点主要认为工 频过电压是事故的主要根源。当时人们认为短时间工频电压升高3 倍，将会危及 设备的绝缘。实践证明，这一观点是错误的。由于线路开关频繁开断，使设备严 重烧损并维修困难。因此，将中性点改为不接地方式，可靠性才显著提高。尔后， 随着电压等级的逐渐升高，电网延伸的范围扩大，当电容电流达到某一临界值时， 接地电弧不能自行熄灭，往往形成电弧短路或间歇电弧过电压事故，再次构成新 的危害。针对这些问题，p e r t e r s e n 在研究了多次电弧接地事故之后，提出了高频 熄弧理论，1 9 1 6 年p e r t e r s e n 发明了消弧线圈，世界上第一台消弧线圈于1 9 1 7 年 在德国p i e i d e n s h e i m 电厂的一台发电机中性点投入运行，迄今已有7 5 年历史。 消弧线圈广泛用于中压电网，使9 0 以上的单相接地故障皆可自动消除。德国、中 国、独联体和瑞典等国家的中压电网长期采用该接地方式“。与此同时，以美国、 日本为代表的一些国家认为由p e r t e r s e n 的高频电流熄弧理论估计的弧光接地过 电压可达5 6 p u ，中性点采用经电阻接地可用以泄放线路上过剩的电荷，限制此 种过电压，同时这种方式可以配用继电保护。为了克服其供电可靠性较低的不足， 美国采取了提高低压设备的工频耐压水平、从电网规划开始明确规定1 0 年中对用 户停电时间不得超过一天等措施。日本则着重提高自动化程度，9 个电力公司的 4 1 6 1 0 条配电线路8 6 5 实现故障后按顺序自动恢复送电“”。 中压电网中性点接地方式发展到现在，目前世界上中性点接地方式共有两大 类：凡是需要断路器遮断单相接地故障者，属于大电流接地方式；凡是单相接地 电弧能够瞬间自行熄灭者，属于小电流接地方式。其中大电流接地方式类中有低 电阻、低电抗和直接接地；小电流地方式类中有谐振接地、不接地和高电阻接地。 单相接地电流的电弧能否自动熄灭，应是界定两类接地方式的必要和充分条件 143 1 2 e ) 。对于 o k v 的电网来说，临界接地故障电流为i o a 。这说明中性点不接地的 应用范围是有限的，高电阻接地方式的适用范围更小，而且不如不接地简便，直 接接地方式因缺点明显，已经极少采用，而低电抗接地方式与之大致相同。所以 重压态鲎工程亟堂僮i 金塞 ! 缝论 谐振接地( 也称经消弧线圈接地，) 和经低电阻接地两种方式是现代1 0 k v 电网中 最具代表性的两种方式，针对消弧线圈调谐不便和不能配以继电保护的不足，目 前又提出了自动跟踪补偿消弧线圈和微机接地保护。但是，对于l o k v 电网来说， 由于电缆线路不断扩大，系统电容电流大幅度增加，弧光接地和谐振接地过电压 引起的故障还时有发生，城市配电网中性点接地方式问题还比较突出，特别是在 限制过电压、补偿电网单相接地电容电流以及继电保护等方面还存在问题，需要 进一步解决。 1 2 课题研究的目的和意义 我国电力系统过电压保护设计技术规程( s d j 7 - 9 7 ) 中规定：3 l o k v 电网 单相接地电流小于3 0 a ，电网采用中性点绝缘方式或经小电阻接地方式；如果电网 单相接地电流不满足上述条件，应采用中性点经消弧线圈接地。但近十几年来， 我国l o k v 电网发展十分迅速，负荷不断增加，特别是城市电网，电缆线路的比重 正逐年上升，系统电容电流大幅度增加。且一般认为电缆为主的电网在发生单相 接地故障时，故障不易消除，易造成事故扩大，引起电缆绝缘击穿、m o a 爆炸、断 路器烧毁等，而电缆绝缘故障多为永久性故障，一旦损坏只有更换新的电缆，这 对电网的安全、可靠运行带来很大影响“”。同时，结构紧凑的全封闭电器和进口 设备也在广泛使用于电网中并逐渐增多，这对供电可靠性、过电压水平的限制及 人身安全的要求也更高。因此，过去那种一律采用中性点不接地或经消弧线圈接 地的运行方式已经不能满足电力工业发展的需要。 为了解决上述问题，国内很多l o k v 电网如广州、北京、上海、天津、深圳、 和珠海等先后采用了中性点经小电阻接地运行方式。改为中性点经小电阻接地后， 其内部过电压倍数将有所降低。另外，当发生单相接地故障后线路会立即跳闸， 也不致使其它两相长时间承受线电压。为避免暂态过电压，也可采用金属氧化物 避雷器进行保护。在中性点经小电阻接地系统中，继电保护装置比较简单，可有 选择性地快速切除故障线路，以防触电事故发生，对电气设备的绝缘水平也可适 当降低，并有利于金属氧化物避雷器的推广应用。但这里也应清醒地看到，在电 网中性点经小电阻接地系统中，线路跳闸率可能会有所增加，系统供电可靠性就 会有所降低；对小电阻的电阻值和热容量也都提出了较高的要求；再就是当单相 接地故障电流较大时，对通信将产生危险影响，需采取相应的保护措施。“。另外， 不少地区开始推广采用自动跟踪、自动调谐的消弧线圈接地系统，使配电网经常 处在最佳补偿状态下运行。自动跟踪补偿的消弧线圈与微机接地保护相配合，在 不增大接地故障电流的条件下。”，根据电网的具体情况，可以瞬间或延时跳开单 相永久接地的故障线路，低绝缘水平的电缆与电器可以安全投入运行，特性优良 的m o a 也可大量推广，谐振接地方式的缺点得到克服，其优点就更为突出。但消 弧线圈调整在全补偿状态下，如三相对地电压不平衡，可以给系统带来虚幻接地 等。这些现象的发生，不仅降低了产品的整体可靠性，也给运行人员带来了诸多 麻烦等。 由于电网中性点经电阻和经消弧线圈接地各具特点，特别是自动跟踪补偿消 弧线圈的出现，使得这两种接地方式成为目前我国中压配电网中性点接地方式选 择的焦点。有些地区在技术经济上朱作全面分析比较，不结合当地实际情况，盲 目地采用不适当的中性点接地方式，使得电网弧光接地和谐振接地过电压引起的 故障还时有发生，特别是在限制过电压、补偿电网单相接地电容电流以及继电保 护等方面还存在问题。这对电网的安全、可靠运行带来很大影响”。且过去对l o k v 电网中性点接地方式地研究大都局限于某一方面的问题。因此，对中性点接地方 式进行系统深入地研究是十分必要的。 论文根据贵州省清镇市3 5 k v 变电站l o k v 电网的具体情况，在考虑了多种主 要影响因素的情况下，就国内l o k v 电网中性点接地方式的选择争论较大的几个问 题进行了研究。清镇变电站担负着向市中心区供电的任务，十分重要。该站主变 容量现为2 2 0 m v a ，电压3 5 k v l i k v ，l o k v 主接线为双母线分段，共有1 3 回出线， 出线段8 0 为架空绝缘导线。8 0 年代开始该变电站l o k v 电网采用中性点不接地运 行方式，近年来随着清镇市改革开放力度的加大，经济获得了蓬勃的发展，城区 建设日新月异，负荷需求也越来越大，为适应发展要求，我局决定将该站进行增 容改造提上议事日程，并应政府建设旅游城市的规划逐步将多条架空线路改造为 电缆线路。因此，本论文所研究的l o k v 电网中性点接地方式的选择问题具有重要 的学术意义和实际工程应用价值。 1 3 研究内容及主要工作 在l o k v 电网中，因弧光接地、p t 谐振、断线谐振引起的过电压是最常见也是 最严重的“1 。为了解决此问题，课题以贵州清镇变电站l o k v 电网中性点接地方式 为研究对象，对中性点经消弧线圈接地方式和经电阻接地方式进行深入研究。着 重分析电网中性点绝缘以及中性点经消弧线圈和经电阻接地方式下的以上各种过 电压，并对继电保护、通讯干扰等进行分析和讨论，为清镇l o k v 电网中性点接地 方式的选择提供理论依据。完成论文需要做好以下工作： 1 在分析了弧光接地、p t 谐振、断线谐振过电压发生发展过程的基础上，建 立它们的计算模型，收集确定计算参数。 重庆盔堂王摆塑堂僮j 佥塞 ! 缝监 2 对清镇变电站t o k v 电网中性点经电阻接地方式下的过电压( 包括弧光接地、 p t 谐振、断线谐振过电压) 、继电保护、通信干扰等进行分析，寻求选择中性点电 阻值的科学依据，使中性点电阻值得选择与电容电流，过电压、继电保护、通信 干扰等因素相联系，克服笼统地按高电阻、中阻和低阻的盲目性。 3 根据近几年采用自动调谐消弧线圈接地方式的运行情况，对清镇变电站 l o k v 电网中性点经消弧线圈按地方式下的过电压( 包括弧光接地、p t 谐振、断线 谐振过电压) 、继电保护、通信干扰等问题进行分析。 4 比较中性点经电阻接地和消弧线圈接地方式的优缺点，对清镇变电站l o k v 电网中性点接地方式的选择提出意见和建议。 重医态堂王提亟堂位j 金塞 21 唑y 电回由性直撞地运红友式 21 0 k v 电网中性点接地运行方式 2 1 各国中性点接地方式现状 电力网中性点接地运行方式的选择、接地设备参数的确定为世界各国电力部 门所关注。各个国家对哪种电压等级的电力网采用什么样的中性点接地方式是与 本国国情、制造水平、线路特点、运行方式以及自然环境条件( 例如雷电活动等) 相关的n 8 1 。 2 1 1 我国1 0 k v 电网中性点接地运行方式现状 建国以后直至8 0 年代中期以前，我国参照前苏联的做法，对l o k v 电网中性 点主要采用不接地或经消弧线圈接地的运行方式。到8 0 年代中期以后，由于电网 结构更为复杂，运行方式也经常变化，这样消弧线圈调整就存在一定的困难。1 9 8 7 年广州区庄变电站l o k v 电网率先在国内采用了中性点经小电阻接地方式。在此以 后国内很多l o k v 电网，如北京、上海、天津、深圳、和珠海等城市也均先后采用 了中性点经小电阻接地运行方式。与此同时，不少地区在以往消弧线圈运行的基 础上开始推广采用自动跟踪、自动调谐( 带电情况下调节消弧线圈分头) 的消弧线 圈接地系统，使配电网经常处在最佳补偿状态下运行。自动跟踪补偿的消弧线圈 与微机接地保护相配合，近几年来先后在珠海、铁岭供电局，邢台、大同煤矿， 山西铝厂、本溪钢厂和辽河油田等地的6 6 、3 5 、i 0 、6 及3 k v 的电网中应用。1 9 9 7 年9 月召开的高压学术年会上，对城市配电网中性点接地方式问题进行了热烈认真 的讨论，并达成如下共识：配电网中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问 题，中性点不接地、谐振接地、电阻接地各有其优缺点，应结合电网具体条件， 通过技术经济比较确定。许多城市如北京、厦门、重庆等地的供电部门也开始对 中压配电网中性点接地方式给予高度重视，相继组织力量展开讨论。由于经电阻 和经消弧线圈接地各具特点，特别是自动跟踪补偿消弧线圈的出现，使得目前我 国l o k v 配电网中性点运行方式的选择争议还非常大。随着电力系统的发展，我国 l o k v 电网中性点运行方式也是发展和变化的。 中华人民共和国电力工业部1 9 9 7 0 4 2 1 批准的交流电气装置的过电压保护 和绝缘配合中有关3 3 5 k v 系统接地方式和运行中出现的各种电压的规定为： 1 3 k v l o k v 不直接连接发电机的系统和3 5 k v 、6 6 k v 系统，当单相接地故障 重医盔堂王猩亟堂僮j 金窑 21 q k y 虫圈圭性直接地运堑友式 电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故 障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式： ( 1 ) 3 k v l o k v 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有3 5 k v 、 6 6 k v 系统，i o a 。 ( 2 ) 3 k v l o k v 非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压 为； 3 k v 和6 k v 时，3 0 a ； l o k v 时，2 0 a 。 3 k v l o k v 电缆线路构成的系统，3 0 a 。 2 6 k v 3 5 k v 主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流 较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、 瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行 经验等。 3 6 k v 和l o k v 配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小 时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方 式【册1 。 但经过十多年1 0 k v 城市电网的运行，各地也反映出一些运行上的问题。因此， 近几年来国内就l o k v 城市电网中性点究竟采用什么运行方式出现了较大的争论。 我们认为中性点运行方式的选择实际上是个需要综合考虑的问题，涉及的问题较 多，各个地方的电网结构不一样，运行水平等也不一样，应该针对本地具体情况 进行研究，不能一概而论。 例如：1 9 8 7 年广州局从国外进口一批电缆，由于我国规程与国外有较大的差 异，这批进口电缆绝缘水平比我国的低，无法在配电网中直接使用。为此，广州 供电局和当时的能源部武汉高电压研究所合作，以广州市区庄变电站为典型，对 中性点经电阻接地方式进行研究。广州供电局还在区庄变电站进行了现场实测。 根据对广州地区区庄变电站的研究结果，采用中性点经小电阻接地，当风s 1 0 q ， 在大多数情况下可使单相接地工频过电压降低到1 4 p u 左右。从限制弧光接地过 电压考虑，当电弧起弧到熄灭过程中，系统所积累的多余电荷在后半个工频周波 内通过晶泄漏掉，过电压幅值就可明显下降。根据这一条件可以得到中性点的低 电阻值应满足的条件为： r 。1 3 a , , c 。 当凡= 1 0 q 时，弧光接地过电压可降至1 9 p u 以下。 中性点接地电阻值地选择若取得太低，则单相接地电流较大，对通讯干扰较 大：若电阻值取得太大，则继电保护不可靠。对于以电缆为主的城市电缆线，中 性点电阻中的电流在2 0 0 4 0 0 a 时，对通讯的干扰问题不大，此时，中性点接地 电阻取值为7 2 1 4 4 q 。 从限制谐振过电压的要求出发，在电缆线路较长时，有可能出现 ，w l e - 1 ，倒c 的情况，而引起谐振，若中性点接有适当的电阻，健全相上的过电 压可以得以限制。 该站1 0 k v 系统中性点经小电阻接地方式自1 9 8 7 年1 2 月投运后，经3 年的运 行总结，确认运行情况良好“1 。 区庄变电站的运行表明：采用低电阻接地，当r 。s 1 0 q ，在大多数情况下， 可使单相接地工频电压降低到1 4 倍相电压左右，从限制电力系统内过电压来讲， 十分可观”1 。 继广州采用小电阻接地方式以后，北京、上海、珠海、深圳等地先后也采用 了中性点经小电阻接地。清华大学电机工程与应用电子技术系于1 9 9 1 年对北京方 庄1 0 k v 配电网中性点经小电阻接地系统进行了研究，指出中性点经消弧线圈接地 系统存在以下问题： ( 1 ) 由于单相接地短路电流得到补偿而变小，实现继电保护较为困难； ( 2 ) 容易发生谐振； ( 3 ) 电网运行方式发生改变时，调整较为困难，需要熟练的运行维护技术： ( 4 ) 随着电缆线路的增长，电网电容电流增大，需要补偿容量很大，很不经 济； ( 5 ) 发生人身高压触电引起单相接地时，因电源侧开关不跳闸，使伤亡事故 扩大。 小电阻接地系统在全国范围内应用，在某些地区收到了良好的效果，上海、 广州区庄、北京方庄等地反应良好，上海供电局万善良等在“上海市区电网对中 性点接地方式的结论”中指出：上海市中心区3 5 k v 及6 1 0 k v 中电缆网居多，并 且从电缆构成来看，新旧电缆交叉，设备绝缘水平不高，系统中性点宜采用小电 阻接地运行方式，以避免在发生单相接地时，设备长期过电压运行，加速绝缘老 化和扩大事故。1 。北京方庄变电站在采用小电阻接地方式以后认为，工频电压升高 不多；故障点电流也比较适中；既有利于继电保护配置，又不会对通讯线路带来 很大干扰“1 。 但小电阻接地系统在实际运行中，也遇到了相当多的问题，许多1 0 k v 电网中 性点小电阻接地系统经常发生跳闸，供电可靠性显著降低，停电事故增多；此外 对人身安全构成严重的威胁。 珠海局在采用小电阻接地方式后，发现中性点经小电阻接地方式对事故的抵 御能力较差，供电可靠性差，线路跳闸率普遍偏高，最高达到了1 2 0 次百公里。 重医鑫堂王程亟堂焦论塞 21 q k y 直圆生性直接地运红友益 年，更为严重的是该运行方式对人身安全构成极大的威胁，自投运以来共发生1 1 起人身伤亡事故” 。 珠海局在珠海电力工业局1 0 k v 小电阻接地系统运行分析中指出：通过运 行实例，可以看出l o k v 电网中性点经小电阻接地方式对供电可靠性及人身安全有 着不可低估的影响，应慎重实施。几年的实践证实小电阻接地方式给电力系统安 全、经济运行带来不少负面影响，是不可取的0 1 。 在运行实际中所收到的效果各不相同，导致了国内在中性点接地方式上出现 了较大的分歧。上海电力局、北京方庄、广州区庄等应用低电阻接地较为成功的 单位认为：低电阻接地在国外已有较为成熟的运行经验，随着国内电网的不断发 展，原有的接地方式己不能适应新的形势。另一方面，厦门供电局要焕年、曹梅 月以及珠海电力局黄培专、张振旗等人对小电阻接地方式持坚决的反对意见。要 焕年在电缆网络中性点接地方式问题文中指出：低电阻接地方式客观上是 增大单相接地短路故障电流：理论分析和运行经验表明，对于中压电网尤其是电 缆网络，必须着力地限制单相接地故障电流、尽可能地减少其危害性，而不是认 为的提升单相接地故障电流。在这一问题上不存在“因时制宜”和“因地制宜” 的问题。 2 1 2 国外中压电网所采用的中性点接地运行方式 世界各国对电网中性点接地方式的选择并不统一“。法国l o k v 电网的中性点， 从6 0 年代初采用低阻抗接地方式以来，曾经有近3 0 年的历史。为了满足电能质 量不断提高的要求和保障人身安全及适应负荷特性变化等的需要，法国电力公司 毅然决定从9 0 年代初开始，将城市和农村的纯电缆网络、混合电网和架空线路的 电网中性点，全部改为谐振接地方式运行。 美国各电力公司在3 0 k v 及以下的电网，中性点接地方式很不统一。早期广泛 采用快速切断故障的方式。目前，消弧线圈接地方式发展很快，但在城市供电电 网中( 2 2 7 7 k v ) 中性点直接接地或经低电阻接地的占7 1 ，经消弧线圈接地方式 的占1 2 ，不接地的占l o 5 ，经小电抗接地方式的占6 5 。这是因为美国基本为 私营电力企业，系统的备用容量大，网架结构好，自动化水平和管理水平高等， 故供电可靠性自然也高。“。 日本1 1 3 3 k v 的电网中，消弧线圈和电抗接地方式仍为2 7 9 ，电阻按地方 式为3 0 6 。德国最先采用了接地故障补偿装置( 即现在所称的消弧线圈) ，并在 中欧和斯地那维亚地区被广泛地实用。前苏联1 0 k v 电网单相接地短路电流小于2 0 a 时，采用中性点绝缘的接地方式。否则，采用中性点经消弧线圈的接地运行方式“。 英国6 6 k v 及以下的电网中性点采用经消弧线圈接地和直接接地的两种方式均有。 8 重医盍堂王毽耍主堂僮盐奎 2i 堡鱼髓生性点撞地玺盈杰式 年，更为严重的是该运行方式对人身安全构成极大的威胁，自投运以来共发生1 1 起人身伤亡事故”1 。 珠海局在珠海电力工业局l o k y 小电阻接地系统运行分析中指出：通过运 行实例，可以看出l o k v 电网中性点经小电阻接地方式对供电可靠性及人身安全有 者不可低估的影响，应慎重实施。几年的实践证实小电阻接地方式给电力系统安 全、经济运行带来不少负面影响，是不可取的“1 。 在运行实际中所收到的效果各不相同，导致了国内在中性点接地方式上出现 了较大的分歧。上海电力局、北京方庄、广州区庄等应用低电阻接地较为成功的 单位认为：低电阻接地在国外已有较为成熟的运行经验，随着国内电网的不断发 展，原有的接地方式已不能适应新的形势。另一方面，厦门供电局要焕年、曹梅 月以及珠海电力局黄培专、张振旗等人对小电阻接地方式持坚决的反对意见。要 焕年在电缆网络中性点按地方式问题一文中指出：低电阻接地方式客观上是 增大单相接地短路故障电流；理论分析和运行经验表明，对于由压电网尤其是电 缆网络，必须着力地限制单相接地故障电流、尽可能地减少其危害性，而不是认 为的提升单相接地故障电流。在这一问题上不存在“因时制宜”和“因地制宜” 的问题。 2 1 2 国外中压电网所采用的中性点接地运行方式 世界各国对电网中性点接地方式的选择并不统一1 。法国l o k y 电网的中性点， 从6 0 年代初采用低阻抗接地方式以来，曾经有近3 0 年的历史。为了满足电能质 量不断提高的要求和保障人身安全及适应负荷特性变化等的需要。法国电力公司 毅然决定从9 0 年代初_ 丌始，将城市和农村的纯电缆网络、混台电网和架空线路的 电网中性点，全部改为谐振接地方式运行。 美国各电力公司在3 0 k v 及以下的电网，中性点接地方式很不统。早期广泛 采用快速切断故障的方式。目前，消弧线圈接地方式发展很快，但在城市供电电 网中( 2 2 7 7 k v ) 中性点直接接地或经低电阻接地的占7 1 ，经消弧线圈接地方式 的占1 2 ，不接地的占l o 5 ，经小电抗接地方式的占6 5 。这是因为美国基本为 私营电力企业，系统的备用容量大，网架结构好，自动化水平和管理水平高等， 故供电可靠性自然也高。 日本1 1 3 3 k v 的电网中，消弧线圈和电抗接地方式仍为2 7 9 ，电阻接地方 式为3 06 。德国最先采用了接地故障补偿装置( 即现在所称的消弧线圈) ，并在 中欧和斯地那维亚地区被广泛地实用。前苏联l o k v 电网单相接地短路电流小于2 g a 时，采用中性点绝缘的接地方式。否则，采用中性点经消弧线圈的接地运行方式”8 。 英国6 6 k v 及以下的电网中性点采用经消弧线圈接地和直接接地的两种方式均有。 英国6 6 k v 及以下的电网中性点采用经消弧线圈接地和直接接地的两种方式均有。 b 重医友堂王捏臻主堂盈论塞 21 堡篷生圆生性直接垫鋈j i 左式 爱尔兰l o k v 电网电容电流较小，因而运行于中性点绝缘方式。澳大利亚1 l k v 及 以下电网中性点采用低电阻接地。新西兰、马来西亚、法国、西班牙：1 3 2 k v ( 1 l o k v ) 以下电网中性点采用经消弧线圈接地。可见，国外中压配电网中性点接地方式主 要是经消弧线圈和经电阻两种，具体选择的方式依据国家的不同以及同一国家不 同地区的差异而不同“。 2 21 0 k v 电网中性点接地运行方式及其对各种过电压的影响 在l o k v 电网中，因弧光接地、p t 谐振、断线谐振引起的过电压是最常见也是 最严重的。为了限制以上各种过电压，l o k v 电网中性点常采用接地运行方式主要 有：不接地( 有的也称中性点绝缘) ，经小电阻接地或经消弧线圈接地等。 2 2 1 中性点不接地的电力网 1 中性点不接地系统的弧光接地过电压 ( 1 ) 正常运行时中性点不接地电网的中性点位移 电网中性点不接地这一方式，实现起来简单，不需要在中性点接任何装置。 如果电网三相电源电压是对称的，且各相的对地电容又相等时，则中性点的电位 为零。但是由于架空线排列不对称而换位又不完全等原因，使各相对地导纳不相 等，则中性点将发生位移电压，中性点位移的程度，对电力网不接地的运行条件 来说是很重要的。由图2 1 ，可得中性点对地电位玩的计算式为式( 2 1 ) ( 工频 电压下) 。 d 。一旦鱼型! ! g ! 竺 ( 2 1 ) 。 c + cb + c c 在三相电源电压对称的情况下，有下列关系： u - u 9u b - a2 u fu c 。a u f 式中d 。一相电压。 有： 9 重废右望工程巫堂僮j 金奎 21 然y 电回生性直接地运短直式 a 负畦 图2 1 中性点不接地电力网 f i g 2 1t h en e u t r a lp o i n tu n g r o u n d e de l e c t r i cn e t w o r k 舀。一d ，! ：鬻；一p d ， c + 口2 c 口+ a c 。 j c + c b 七c c 通常把p 称为电网的不对称度。一般情况认为位移电压不超过电源电压的5 ， 对运行影响不大。 ( 2 ) 中性点不接地电力网的单相接地 当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，经过故障点流过不大的容性电 流，系统的三相电源电压仍维持其对称性，不影响对用户的继续供电。因此运行 中允许带故障运行一段时间( 一般1 _ 5 2 小时) ，以便运行人员查明故障、进行 处理，具有较高的供电可靠性。当然，单相接地会使健全相对地电压升高到线电 压，健全相对地的电容电流也相应地增大了3 倍。单相接地时所产生的接地电流 将在故障点形成电弧，这种电弧可能是稳定或间歇的。当接地电流不大时，则电 流过零时电弧将自行熄灭，接地故障随之消失。如果接地电流较大( 3 0 a 以上时) ， 则将产生稳定的电弧，形成持续性的电弧接地。这时电弧的大小与接地电流成正 比。强烈的电弧将会损坏设备并导致两相甚至三相短路。 实践证明，当接地电流大于i o a 而小于3 0 a 时，有可能产生不稳定的间歇电 弧，且在中性点不接地的电网中出现间歇电弧的概率是很大的，有资料表明，在 电网全部接地故障中约6 0 属于这种性质。这种间歇性的电弧导致系统中电感一 电容回路的电磁振荡过程，由此将引起幅值较高的遍及整个电网的弧光接地过电 压。 对间歇电弧过电压的研究是从中性点不接地系统开始的。在电力系统过电压 方面的书籍中，均对间歇电弧过电压的经典理论作过仔细介绍，有两种不同的理 1 0 重废太堂工程亟坐僮鲶塞 21 q k y 虫圆生性直攮地运盈友基 论，这儿对这两种理论做一个分析。 第一种理论有两个假设：( 1 ) 电弧的高频振荡电流过零时电弧熄灭；( 2 ) 故 障相电压达最大值时电弧重燃。按这一理论，电弧每个工频半周熄灭一次点燃一 次；健全相电压随着重燃次数增多，愈来愈高，数周后即可升至最大值，例如可 达7 5 倍相电压( 幅值) 。当考虑阻尼率d 和相间电容时，过电压实际最大值要降 低。这儿 d 。：塑。上 ( c 1 + c 2 + c 3 ) 埘+ 3 c ，c l + c 2 + c 3 。一广 占，为消弧线圈损耗； g ，为线路电容损耗。 第二种理论假设工频电流过零时电弧才熄灭，再过半个工频周期电弧重新点 燃。按这一理论，过电压每周期出现一次，丽在第二周期时即出现最大值。考虑 相间电容和阻尼率时，其过电压的实际最大值也有所降低。 实际现象是复杂的，两种理论各说明两种可能出现的特例。发生间歇电弧时， 大多数情况下，健全相过电压不超过三倍相电压幅值。据国内外实测，弧光接地 过电压幅值一般不超过3 u 妒，个别可达到3 5 u 印。 中性点不接地电网严重的缺点就是容易发生间歇弧光接地过电压，这种过电 压持续时间长，影响面大，对绝缘较差的设备、线路上的薄弱环节和绝缘强度很 低的旋转电机有较大的威胁。另外，单相接地存在时间一长，往往会发展成两相 短路。再有，中性点不接地电网单相接地还有过电流问题单相电弧接地引起互 感器励磁电流激增也是损坏电压互感器的一个原因，在很大程度上对电网的安全 可靠运行带来一定影响。对于这种过电压，最根本的防护办法就是防止产生不稳 定的电弧，尽量减少其产生的可能性。 由于中性点不接地时。电力网的最大长期工作电压和过电压都较高，并且还 存在弧光接地过电压的危险，因而对整个电力网的绝缘水平要求较高，所以对电 压等级较高、电缆线路较长的电力网来说，采用这种方式势必使绝缘方面的投资 大为增加。同时，随着电压等级的提高，接地电流也增大，这也是不适宜的。此 外，中性点不接地的电力网由于单相接地电流较小，要实现灵敏而有选择性的接 地继电保护也有困难。 最后要指出一点，由于中性点不接地电力网的单相接地电流较小，故对邻近 的通信线路、信号系统等的干扰也较小。因此，在干扰严重的地区。即使对于整 个电力网而言，不采用中性点绝缘的方式，但对局部地区或部分设备，也常按中 重医态堂王翟亟堂位j 佥塞21 然y 电回生性盘基地运红左式 性点绝缘方式运行，借以降低单相接地电流，达到减低干扰程度的目的。 2 p t 谐振过电压 在6 3 5 k v 的配电网络中，母线上一般接有测量和监视系统对地绝缘的电磁式 电压互感器( p t ) ，当母线开关合闸操作、线路中发生单相弧光接地自动消失或 系统负荷剧烈变化时，所产生的暂态冲击过程会在p t 和三相导线对地电容间激发 起铁磁谐振现象，造成系统过电压和p t 中的过电流，使得系统中弱绝缘设备发生 对地闪络和p t 的高压熔丝熔断，甚至烧毁p t ”3 。 p t 谐振只在零序回路中产生，相间电容和线路负载对谐振不起作用。下到空 母线，上至万米架空线路，谐振都可在极广的参数范围内产生。 各地的运行经验表明，p t 铁磁谐振是电力系统发生最为频繁和造成事故较多 的一种内过电压。谐振过程可持续很长时间，且频率各有不同，如分频、基频、 高频等，幅值有高有低，有些过电压并不高，但是由于频率低，谐振电流很大， 也同样会危害系统的安全运行。 据不完全统计，在1 9 9 6 年1 9 9 8 年间仅广西玉林l o k v 系统就出现谐振过电 压6 7 次，烧断p t 高压熔断器1 4 次；在3 5 k v 系统中出现谐振过电压3 3 次，熔断 p t 高压熔断器1 9 次。对系统电气设备造成了一定的危害，威胁到系统的安全运行。 3 断线引起的铁磁谐振过电压 电力系统在非全相运行的状态时常会发生铁磁谐振过电压，其中断线过电压 是常见的一种。这里断线泛指因故障折断( 有时伴随断线的一端接地) 、断路器非 全相操作以及熔断器的一相或二相熔断等。只要电源侧和负荷侧中任一侧中性点 不接地，在断线时常可能发生谐振过电压。这种过电压的出现导致系统中性点位 移、负载变压器的相序反倾、绕组电流急剧增加、绕组两端及导线对地的过电压 等等，严重的情况会使绝缘闪络、避雷器爆炸、电气设备损坏等。某些情况下这 种过电压可能会传递至绕组的另一侧，即所谓传递过电压，对电力系统影响很大。 2 2 2 中性点经消弧线圈接地运行方式 简而言之，消弧线圈是一种铁心带有空气间隙的可调电感线圈。电网中性点 经消弧线圈接地的电力系统，称为谐振接地系统，如图2 2 所示，又因为消弧线 圈是一种补偿装置，故通常又称之为补偿系统。当电力系统发生单相接地故障时， 消弧线圈中可形成与接地电容电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电 流，从而使故障点的电流变得很小或接近于零，当电流过零时电弧熄灭，消弧线 圈还可以减小故障相电压的恢复速度从而减小电弧重燃的可能性。 重匮态堂王程亟堂健：| 金塞 21 q k y 虫囤生丝直接