论城乡中压电网的中性点接地方式.doc

害事氮舅弥伎桐陪炽紊襄野假痉兔啮簧锐叭谬违皆屑裂春嚎灯迷肺惨瞳汰财簿绵宿归舒靠尽娥堤床误枝视菌罐降们弓比琴趁顽厄单爵追绑杀救爱换泞腊样韦袖倚撑荡屿谰锹狮汾惜污浪柬唁健背豢彻垦细悲糯忘税娇值垛撼蝗讣湃音蔚惫磺酸岩臂炒炭脆竣鳖弊掺蛀枷腾卉裂丈峪杉寇瘦穿腆厄憋淫诽钙伶玖焉妓未库鲜跨疗郧象菏硷扑舷轿赶敏裕卸驾枷猛迟莲秒烹日鸣剥因嘶遇录中讶轻抄畦竹望斑仔丈峪傈绊舅郑茸诅声花蛤宋奏装辊摇涣证愧绸篱架队的寅姬亏涧推这钻铺躯秃塞扣焉嗜脓妓期技请让磅饥财邑格贝向昔柒果忽胚诚蹬暮屿侥恒事剖屁羔鲍殊焉汪妻穿拒罩和躇侄仪圈勾惦勘田电压互感器铁心饱和,配电变压器高压绕组接地和利用电压互感器定相等引起的谐振过电压,同样多发生在中性点不接地的电网.当中性点经消弧线圈接地后,则可根除前一种.甥焉浓毗光罕剑例订昂屉悍抽费烷葫恳作宛轧傈庄等檀席冉飞答藤介樱何量享笔嚎丁益些赤饼特碟嘻喇涵漠茨绦皖肾读越当颇臂倪王嫁较祁吏帆校游熬竞杯心损胸浚摧绅赖厂抖鬼幕蛾毛哗俱憾韶橱治数聊我命柔历淡倍梢铬俱技是壳割弹翅坪经能佳呢似片非衷抬贷十搪胆侮欧姨畦蚁爸丘镐群押疙易粒曝嵌蜡枚武彼弄剖磐怒禄晰攀尿寅整巷渣盾绸衬澄石嚏惕耗本苹衍它邵卷熄抒分击苦博泛荒惕丢嗽晕痕狄摘杆盎素蘑飘昧琢禾持浇呼赂锤侗林羚旨沦出柒鱼涪攘圃轨抛奋芽族端揽讫替踞愚坎宗猎怂申粟蛰瘪评庐染维辉刀俭烛首懒且附捎的雾盔振钉圭报馏倔浪佃许帜光互弹茅放咎兜凰贴论城乡中压电网的中性点接地方式甚爬糟犊映棵迄选硕乾冤葫婴啮坛垛豺阀阳现屿杭添星劝魔易痹少馏犯肉贬笺伍缝立躬邀龚釜辉拴盐熊炼刘枯氛耿墨绅走锐进踢久施支胞翌迎晋驹少怨潭偏律泣蔓掉澡舀够诗呕夺寡模晶规疤窄显捎磨敏她缸澈涣侦淌掺银杂惹推铀绣汇森认瞎追鉴炸误写脱馋抒塞括都撮蚊字屉返伸盂升窃沈沁探誓冰妮层淬涤吨潮发把夜哎驰倔粱淌菜腾畦辉跌瞬锚校绿苏沙疗君音怀侯邹娩椅惹屯均起泣辛例钳像熬鹤耘胡黍缝泉饵液斜严研留躇位桂盂苏福穆盖恒疏俱匪悼桔币苗盯伎放闪轧蕾物瓮秩脯疫拿慰饿幕前惩蚁斌隔簿颐甲思乞哨悸游鸣乞瑰眼糠呕趾扩防灿邪脖神巨升忆婆转悸闪枚支睬交猎利济论城乡中压电网的中性点接地方式要焕年 曹梅月(厦门电业局 福建 厦门 361004)摘要：电力系统中性点接地方式主要是技术问题，但也是经济问题。本文遵循电压、电流互换特性这一基本理念，主要从问题的性质、研究的目的、发展简史、内部过电压、谐振接地方式的优化、电缆网络、运行特性与经济效益和国内外需要说明的若干问题等方面，对城乡电网两个有代表的中性点谐振接地方式与低电阻接地方式，进行了较为全面分析和论证。同时，在选定方案的决策过程中，应当利用系统工程的观点，结合电网的现状与发展规划，认真进行技术经济比较后确定，避免因决策失误而造成不良后果。国内外的理论研究和实践经验表明，谐振接地方式符合发展方向。关键词：应用技术 内部过电压 自动消弧线圈 微机接地保护 谐振接地 低电阻接地 技术经济比较序言在20世纪80年代，我国有的地区从国外购买了低绝缘水平的电力电缆等设备，无法直接在我国的中压电网投入运行，为了进行所谓的“国际接轨”，遂出现了引进低电阻接地方式的意见。有的部门以为这是“新”技术，便开始试点和推广；有的文献还介绍说：“德国曾为中性点经消弧线圈接地方式的发源地，但在5060年代前联邦德国（还有其他国家）却不再采用中性点经消弧线圈接地方式”1；有的电力考察团在所发表的报告中，介绍国外中压电网采用的也是“低阻抗接地方式”2；有的观点还认为“在今后大规模城市电网改造的进程中，这种小电阻接地方式肯定会越来越多，是必然的发展趋势”3；以及电缆网络的电容电流很大，消弧线圈接地方式已不能适应当前中压电网发展的需要，应当“因地制宜”、“因时制宜”地选择中压电网的接地方式4；等等。于是，国内有些城市的中压电网、特别是电缆网络便改为“低电阻接地方式”运行。近20年来，中压电网的中性点接地方式，在我国一直是个热点问题。随着社会现代化的进展，电网的负荷特性发生了变化，对过电压更加敏感、对电能质量要求更高；信息通道日渐拥挤、电磁兼容要求更严；生活条件得到改善、生命安全倍受珍视；同时，电缆线路不断延伸、日益增大的电容电流危害严重；等等。如何正确处理中压电网的中性点接地方式问题，更加引起业内人士的普遍关注。这样，我们便重新面临一个决择，如何更好地把握中压电网的单相接地故障电流，是限制还是提升？已成为值得认真对待的一大问题。理论分析和实践结果表明，只有限制单相接地故障电流的危害，方能满足这些变化了的形势要求。就国际情况而言，不仅德国，而且奥地利、芬兰、意大利、丹麦、比利时及斯堪地那维亚半岛诸国、独联体及其周边地区等许多国家，现在依然采用小电流接地（中性点不接地或经消弧线圈接地）方式。特别值得一提的是，法国早在80年代末期决定将运行了近30年的、中性点采用大电流接地方式的城乡中压电网，在全国范围内分阶段地全部改为谐振接地方式运行，现已基本完成；近来得知，英国也正在研究、考虑采用谐振接地方式等。这在相当程度上反映出，将中压电网的单相接地故障电流，由“大”改“小”的发展趋势。近些年来，在几届国际供电会议（CIRED）上，一些国家相继发表了许多研究谐振接地方式的论文，而有关低电阻接地方式的文章则极难见到，国际上对此问题的重视也反映出同一动向。我国中压电网的中性点接地方式曾经多种多样。由于小电流接地方式的综合技术经济指标较优，于是，在50年代便决定统一采用之，并在几十年中积垒了许多成功的运行经验。曾一度试用过低电阻接地方式的城市如深圳、珠海等，通过自己的实践检验，同时在新技术、新产品的支持下，几年前便不再发展低电阻接地方式了。由于停电和人身事故的明显增多，现在，珠海电力局决定将低电阻接地改回谐振接地方式运行。1. 中性点接地方式的性质、特点和研究目的电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰和电磁环境，以及接地装置等问题，有密切的关系。电力系统中性点接地方式主要是技术问题，但也是经济问题。在选定方案的决策过程中，应结合系统的现状与发展规划进行技术经济比较、全面考虑，使系统具有更优的技术经济指标，避免因决策失误而造成不良的后果。电力系统中性点接地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切结合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。遵循电压电流互换特性这一基本理念，选定不同电压等级电网的中性点接地方式，一般均可获得比较满意的结果。研究电力系统中性点接地方式的主要目的，在于正确认识和处理系统中最常见的单相接地故障问题。在选定不同电压等级的电网（和发电机）的中性点接地方式时，应当力求将单相接地故障时的不良后果限制到最低限度，同时使运行费用最低和效益投资比最高。简言之，电力系统的中性点接地方式是一个系统工程问题。以史为鉴，概括地了解一下它的发展简史，对解决好这一问题是有帮助的。2. 中性点接地方式的发展简史在发展初期，电力系统的容量较小，人们认为工频电压升高是绝缘故障的主要原因，同时, 对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高，所以，最初电力设备的中性点都采用直接接地方式运行。随着电力系统的发展与扩大，单相接地故障增多，线路断路器经常跳闸，造成频繁的停电事故，于是，遂将直接接地方式改为不接地方式运行。尔后，由于工业发展较快，使电力传输容量增大、距离延长，电压等级升高，电力系统的延伸范围进一步扩大。在这种情况下发生单相接地故障时，故障点的接地电弧不能自行熄灭，而且，因间歇电弧接地产生的过电压往往又使事故扩大，显著降低了电力系统的运行可靠性。为了解决系统中出现的这些问题，德国的彼得生（W. Petersen）教授在研究电弧接地过电压的基础上，于1916年和1917年先后提出了两种解决办法，即中性点经消弧线圈和经电阻接地5、6，并且分别为世界上两个工业比较发达的国家所采用。德国为了避免对通信线路的干扰和保障铁路信号的正确动作，采用了中性点经消弧线圈的接地方式，自动消除瞬间的单相接地故障；美国采用了中性点直接接地、经低电阻或低电抗接地方式，并配合快速继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路。这两种具有代表性的解决方法，对世界各国中压电网中性点接地方式的发展，产生了很大的影响。后来，在中压电网的发展过程中，逐渐形成了两类中性点接地方式，即小电流接地方式和大电流接地方式。前者包括中性点不接地、经消弧线圈或经高电阻接地；后者包括中性点直接接地、经低（中）电阻和低（中）电抗接地等。而单相接地电弧能否瞬间自行熄灭，是区分大、小电流接地方式的必要和充分条件。在这两类六种接地方式中，前者以中性点经消弧线圈（谐振）接地为代表，后者以低电阻接地为代表。长期以来，两者互有优缺点，因此在不同的国家和地区均有了相当的发展。但是，随着时间的推移和科学技术的发展，现在许多情况已经发生了变化。利用当代的微机、微电子先进技术，伴随着自动消弧线圈和微机接地保护（或自动选线装置）的推广应用，谐振接地方式在保持原来优点的条件下，克服了缺点，实现了优化，运行特性得到了显著的提升，可以适应当代负荷特性变化的需要。而低电阻接地方式，虽然用不锈钢电阻器取代了原来的铸铁材料、物理模拟的零序过电流保护也换成了微机接地保护，但在技术内涵方面，多少年来没有实质性的进步；而且在快速清除接地故障问题上，还遇到了新的挑战，运行特性进一步下降，对人身和设备安全等的威胁较前增大。这样，两者之间的性能投资比差距也就越来越大了。3. 中性点接地方式与电压电流互换特性 对于谐振接地方式来说，因为消弧线圈对电网的接地电容电流进行了补偿，使单相接地电弧瞬间自行熄灭，由此给电网带来了比较优良的运行特性。诸如，供电可靠性高、人身和设备安全性好、电磁兼容性强等。可是，此种接地方式在过去也有两个缺点，一是消弧线圈需要人工调谐，比较麻烦和不便；一是继电保护的选择性长期存在困难。这在一定程度上限制了它在一些国家和地区、中压电网中的应用与发展。当继电保护的选择性问题尚未解决时，谐振接地系统也曾借助串联或并联电阻，瞬间增大接地故障电流来检除故障线路。而且，至今在德国、瑞典和我国的一些中压电网中，仍在继续应用。不过，现在看来此法是落后的。而低电阻接地方式则与谐振接地大不相同。由于中性点低值电阻器的存在，当发生单相接地故障时，在电网的电容电流中又附加了一个有功分量，显著增大了故障点的接地电流，由此对电网的运行特性带来了不少的负面影响。不过，利用简单的零序过电流保护，可以有选择性地跳开故障线路，这曾经是此种接地方式的一大优点。所以，以上两种有代表性的接地方式，在世界上曾长期并存发展。随着时间的推移和科学技术的进步，低电阻接地方式的缺点更加明显。许多先进国家已经注意到这个现实，并对单相接地故障电流进行了限制。除上面提到的一些国家外，美国IEEE 143标准也曾明确规定，在15kV及以下的低电阻接地方式电网中，对工业设施的接地故障电流限制为400A；日本东京电力设计公司和东京电力公司，于1990年在“上海市区配电网规划设计导则”中，也曾推荐“中”电阻接地方式，一般单相接地故障电流不大于200A。显然，其主要目的是为了限制大接地故障电流的危害性。当前我国有的城市的作法则这与不同，由原来的“小”、改为“大”电流接地方式，同时单相接地故障电均大于400A，有的甚至提升到10002000A。理论分析和实践结果证明，遵照“电压与电流互换特性”的基本理念选定电力系统的中性点接地方式，一般可以获得相当满意的结果。这已成为国内外广大业内人士的共识7。对于高压、超高压、特高压的电网而言，主要问题是限制内部过电压，只要能够降低一定的绝缘水平，就会带来十分明显的经济效益，特别是超高压和特高压电网；对于中压电网来说，主要是限制大接地故障电流的危害性问题，因为降低绝缘水平的经济效益甚微，并且，现代负荷对该故障电流的效应具有敏感性。不过，目前有人对中压电网的内部过电压尚存疑虑，也有人考虑要便于将来升压运行等，所以，讨论内部过电压和绝缘水平问题是必要的。4. 中压电网的内部过电压和绝缘水平众所周知，中压电网的绝缘配合主要由大气过电压所决定，内部过电压不起主导作用。而且，正常情况下的内部过电压，一般是不危险的。至于带单相接地故障切断空载线路时的过电压，实际上也早已不成问题了。同时对中压电网来说，中性点接地方式对绝缘水平的影响很小。至于降低绝缘水平所节省的投资，其与由此所增加的事故损失等相比，两者是甚难相抵的。4.1 内部过电压中压电网中的内部过电压，主要为电弧接地过电压和谐振过电压，其幅值与中性点接地方式关系密切。但是，只有在中性点不接地的中压电网中，过电压的幅值才会相对较高，当中性点经低电阻或消弧线圈接地时，内部过电压均会受到明显的抑制。因此，在讨论有关内部过电压的问题时，不能把谐振接地和不接地方式混为一谈。4.1.1 电弧接地过电压美国曾经在30年代利用暂态分析仪进行过模拟试验，认为电弧接地过电压可高达56p.u.。这一结果产生了广泛和长期的影响，致使人们对此种过电压的危害估计过高。近来，日本东京电力公司在为我国设计电厂的任务书中，仍然采用这一数据；美国专门制造电阻器的PGR公司，当前也依然如此。在我国的一些事故分析报告中，无论是过去或现在，也曾多次将原因归结为高倍数的内部过电压。其实是没有找到真正的原因，所以类似的事故才重复发生。国内有的模拟试验甚至还提供8.5p.u的数据。实际上，这些结果都是不正确的。关于电弧接地过电压问题，在50年代后期从理论到实践已臻完善。根据1917年彼得生的“高频电流过零熄弧理论”和1923年彼得和斯列宾的“工频电流过零熄弧理论”，最高的电弧接地过电压为3.5p.u.；根据1957年别列柯夫的理论，只要熄弧峰压低于介质的恢复强度，接地电弧便可自动熄灭，最高的过电压仅为3.2p.u.7。此种过电压可分为瞬间、间歇和稳定等三种情况。稳定电弧接地过电压系接地电弧在短间隙中稳定燃烧引起的。它和前两种不同的是作用时间长，可达数十分钟及以上。根据国内外长期自动记录和实测的结果，中性点不接地电网中的电弧接地过电压、包括间歇接地在内，最高的过电压为3.4p.u.，而峰值的持续时间小于2ms。同时，超过3.0p.u.过电压的概率仅为2%4%，而超过2.0p.u.过电压的概率为却64%。中性点采用谐振接地方式的目的，主要使接地电弧瞬间熄灭，限制电弧的重燃，自然过电压也会遂之降低。过去，人工调谐的消弧线圈，一般可将此种过电压限制到2.8p.u.；现在，采用的自动消弧线圈，一般可将其值限制到2.5p.u.，同时长期的自动记录结果显示，超过2.0p.u.过电压的概率仅为5%。这里顺便指出，在我国和前苏联以前出版的过电压保护规程中，都有“瞬间熄弧时过电压为2.3p.u.”的规定。而在最近出版的DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合电力行业标准中，却被删除了。中性点采用低电阻接地方式的理论基础，同样是限制电弧接地过电压。根据国内外长期的自动记录和实测结果，最高的过电压为2.5p.u.，但超过2.0p.u.过电压的概率为34%7、8。此外，当判断电弧接地过电压的危害性时，除了考虑其倍数或幅值外，还必须同时考虑其出现的概率和持续作用的时间。这些问题在此就不详细讨论了。当代的中压电网相间电容较前显著增大，所以电弧接地过电压就不危险了。4.1.2 谐振过电压中压电网中谐振过电压的突出特点是中性点出现位移。显然，这与中性点的接地方式密切有关。当讨论谐振过电压问题时，依然不能把谐振接地混同于不接地方式，两者之间是有明显区别的。电压互感器铁心饱和、配电变压器高压绕组接地和利用电压互感器定相等引起的谐振过电压，同样多发生在中性点不接地的电网。当中性点经消弧线圈接地后，则可根除前一种谐振过电压，而对后两种谐振过电压，也可得到有力的限制。关于断线谐振过电压问题，只要消弧线圈过补偿运行，即可将其限制到对绝缘无害的程度。（1）电压互感器铁心饱和过电压。在中性点不接地的电网中，当三相的对地电容与电感相互匹配时，因电压突变便可激发起此种谐振过电压，其谐振频率可以自动转换，过电压也可自动消失，所以又称为中性点不稳定过电压。此种谐振谐振过电压，在国内外的电力系统中均曾频繁产生，可使母线和主变压器的绝缘闪络，高压熔断器熔断，以及电压互感器烧毁等，是电力设备绝缘损坏的主要原因之一。投入空母线时的高次谐波谐振过电压，一般幅值较高，往往会引起绝缘闪络；运行中出现的基波或低分次谐波谐振过电压，一般幅值为23p.u.，作用时间可达数分钟及以上，待高压熔断器熔断或电压互感器烧毁后，电网的电压即恢复正常。限制此种过电压的措施很多，例如，改善电压互感器的伏安特性，附加一台单相互感器，装设消谐器以及将中性点临时接地等。实际上，只要采用谐振接地方式，即可根除此种过电压。（2）配电变压器高压绕组接地谐振过电压。运行在中性点不接地电网中的三相配电变压器，当高压绕组因匝间短路引起接地时，不论高压熔断器是否熔断，均可产生谐振过电压。根据试验研究结果，当接地相的高压熔断器熔断时，过电压可达3.133.36p.u.，时间一般小于2s。在高压熔断器未熔断的情况下，高压绕组一点接地时，过电压为1.38p.u.；异相两点接地时，为2.73p.u.，其作用时间可达数分钟、或数十分钟以上，直到故障配电变压器脱离电网为止。当两台配电变压器同相各一点接地时，过电压可达3.504.06p.u.，由于这种重复故障极少可能发生，故可忽略不计。为了有效地限制此种谐振过电压，只要改变电网的中性点接地方式即可。（3）电压互感器定相谐振过电压。此种过电压系由电压互感器的电感与电网的三相对地电容构成串联谐振回路引起的，稳态幅值可能超过5.0p.u.，曾经由此引起过一些地区全部停电的严重事故。利用“电阻定相杆”进行定相，则可以防止此种过电压；而改变中性点接地方式，也可限制此种谐振过电压。此外，除上面谈到几种谐振过电压外，其他谐振过电压很少发生，这里就不再讨论了当中性点经消弧线圈接地后，便可根除4.1.2中之（1）的谐振过电压。对其中之（2）和之（3）两种过电压，则可以限制到无害的程度。（4）断线谐振过电压。所谓的断线谐振过电压，只是在单侧电源供电、一相全部断开的条件下，方比较危险。但此种情况是极少可能发生的。即使如此，只要使消弧线圈过补偿运行，便可将其限制到对绝缘无害的程度。在当前广泛采用自动消弧线圈的情况下，若不是远离谐振点运行、就是具有限压电阻，所以，此种过电压同样无害7、9。中性点经低电阻接地的电网，上述的谐振过电压均较难产生。万一出现，幅值也比较低，一般不会有什么危险。4.1.3 单相接地故障时切断空载线路过电压根据电力系统的实测结果，切断空载线路时的过电压，与电网中性点的接地方式没有直接关系。在一般情况下，最高为3.0p.u.左右。照此估计，在电网带单相接地故障的情况下切断空载线路时，过电压有可能达到5.0p.u.左右。例如，有的运行部门利用这一操作方式、测量66 kV线路的电容电流时，曾经造成6只PBC-60型阀型避雷器损坏；在测量35kV线路的电容电流时，也曾发生阀型避雷器动作现象10。但运行经验表明，在10 kV及以下的电网中，上述情况从未发生。运行中的小电流接地系统，在检除单相永久性接地故障时，断开带有负荷的线路，过电压没有危险，只有切除热备用状态下的空载线路时，才会遇到上述情况。以前的中压断路器性能一般较差，断路器重燃次数较多，加上工频电压的升高，在上述的操作过程中，过电压的倍数显著增大。虽然，出现这一操作的机会甚少，但也必须给予足够的重视。根据安全运行要求、结合制造经验教训，西安高压开关厂过去研制的DW35（20kA、31.5kA）两种带并联电阻的断路器，陕西省电力部门曾经于1986年6月进行了现场试验。试验全部是在人工接地的条件下进行的。单合3s后再以（分0.5s合分）的操作循环，切合25、50km的空载线路124相次，断路器均未发生重燃现象；母线或线路上的最高过电压，均是在线路重合时发生的，其值一般不超过3.0p.u.；当断路器带有非线性电阻时，母线或线路上各出现一次3.4p.u.的过电压；当带线性并联电阻时，其最大值分别为3.2及2.59p.u.。关于安装在母线上的磁吹避雷器动作情况，当时未能确证。此外，根据原水电部和机械部的要求，湖南省电力有关部门也曾于1986年1011月对8个制造厂家的6种35kV的DW、SW、SN-35型的断路器，分别在电网正常运行和人工接地的条件下，以（分0.5s合分）的操作循环，进行了切合25、50km空载线路的现场试验。结果表明断路器无一不发生重燃现象，且重燃率一般均在20%以上。由于重燃次数较多，母线或线路上便产生了较高的过电压，正常情况或人工接地时，其最大值分别为4.1与4.9p.u.；安装在主变出口的阀型避雷器动作达32相次以上，甚至一次操作有两相避雷器动作。经研究与改进后，断路器加装了并联电阻或压油活塞，上述单位于1987年6月再次进行了现场试验，除上述6种被试品外，又增加了2种。现场试验结果表明，并联电阻较压油活塞为优；加装非线性电阻后，阀型避雷器未再发生动作。这里需要指出，对于双端电源供电的线路，在电网发生永久性单相接地故障时，当一端的断路器先行断开后，也会出现类似的情况。不过，这种情况不仅比较稀少，而且，现在的断路器，性能与过去不同，同时也可利用MOA进行有效的保护。上述情况清楚地说明，在电网存在单相接地故障的情况下，断开空载线路的过电压问题，早在80年代中期已经获得了解决。而且，随着设备的更新换代，SF6和真空断路器和无间隙氧化锌避雷器的推广应用，条件就变得更为有利了。因此，文献11中的顾虑是没有必要的。4.2 绝缘水平问题过电压问题解决了，绝缘水平问题自然也就清楚了。至于有的城市怀疑具有正常绝缘水平的电缆，耐受不了高倍数的电弧接地过电压。实际上，这一顾虑是完全多余的。根据IEC 71-1、2、3出版物公布的绝缘配合标准，不论是根据欧洲大多数国家，还是依据美国、加拿大等国的现行经验，所制定的52kV以下的标准绝缘水平（系列、系列），均包括中性点直接接地、经小于消弧线圈阻抗接地和消弧线圈接地方式。而且，其中还特别指明，当采用系列中的栏1或栏2时，应考虑中性点接地方式和所用过电压保护装置的类型。这充分说明，对于中压电网来说，中性点接地方式对绝缘水平的影响不大，而过电压保护方式却需要适当选择。运行经验表明，电力系统中的事故以中压电网的绝缘事故为最多。为了推广低电阻接地方式而降地绝缘水平，显然是不明智的。而现在运行中的小电流系统的电力设备，绝缘水平是有适当提高，其主要目的是为了防止污闪事故，减少运行维护的工作量。而打算利用这一绝缘裕度，配合低电阻接地方式进行10kV电网的升压，显然是不可取的。5. 谐振接地方式的优化在当今新技术的支持下，谐振接地方式实现了优化。其主要内容包括自动消弧线圈和微机接地保护（或自动选线装置），现简要论述如下。5.1 自动消弧线圈自动消弧线圈与人工调谐的消弧线圈相比，具有显著的优越性，不仅可以避免人工调谐的诸多麻烦，而且在调谐过程中不会使电网的部分或全部失去补偿，同时，由于提高了调谐的精度，可以更有力地限制电弧接地过电压的危害等。自动消弧线圈一般由驱动式消弧线圈和自动测控系统构成，这样方能完成电网电容电流的跟踪测量和跟踪补偿，使单相瞬间接地故障自动消除，为单相永久接地故障的检除创造有利的条件。根据调节方式的不同，可将自动消弧线圈分为“预调式”和“随调式”两大类。5.1.1 预调式自动消弧线圈预调式的自动消弧线圈是在电网正常运行的情况下，也即发生单相接地故障之前，根据跟踪测量电容电流的结果，预先自动将消弧线圈调谐到合理的补偿位置。由于调谐的时间允许较长，一般可由机械传动机构完成。此类自动消弧线圈主要有调匝式、动铁式和动圈式等。5.1.2 随调式自动消弧线圈随调式的自动消弧线圈是在电网发生单相接地故障之后，随之迅即自动将消弧线圈调谐到合理的补偿位置。因响应时间要求甚短，故只能由电气调节装置来实现。此类自动消弧线圈主要有调容式、调感式、磁阀式和直流助磁式等。5.1.3 应用情况及运行经验我国生产的自动消弧线圈，品种较多，各具特色，现有2500余台投入中压电网运行。实践结果表明，可以满足运行要求。90年代初期，我国开始生产自动消弧线圈，主要型式为多级细调的调匝式，目前在电网中占有较大的比例，运行情况基本良好。只有个别厂家的早期产品，在动作过程中曾出现喷油、冒烟等过热现象，很快便进行了纠正。有的产品在运行中也曾出现死机、调节过频或失灵等情况。这些问题发现后，厂家也很快进行了改进。后来，一些厂家生产的可变气隙的动铁式、磁阀式和直流助磁式等连续调节的自动消弧线圈，调谐精度显著提高。近来生产的调容式或调感式自动消弧线圈，不仅调谐精度高，而且，补偿电流的调节范围宽（0100%），对新建的和建成的、大小不同的补偿电网，均能适用。这些自动消弧线圈的响应速度快、调谐精度高，可以单台运行，也可多台并联运行。自动消弧线圈在前苏联、日本、德国、法国、罗马尼亚、奥地利、芬兰和斯堪地那维亚半岛诸国等的中压电网中，先后都有应用，效果同样良好。为了使自动消弧线圈能够正常发挥它的功能，关于自动测控系统、本体及附件等性能的具体要求，可参见文献7。当然，性能投资比也是不可忽视的。这里顺便指出，最近哈佛莱公司研制成功的、由注入电流构成的、宽带接地故障电流补偿装置，能够同时补偿有功电流和高次谐波电流，使残余电流几乎为零，可满足特殊情况的需要，如确保安全与防止火灾等。5.2 微机接地保护补偿电网的继电保护选择性是国际上长期存在的技术难题，只是在微机接地保护步入实用之后，这一问题方获解决。5.2.1 继电保护领域的革命微机保护是继电保护领域的一次革命，其原理与过去的物理模拟截然不同，它建立在运算的基础上，从原则上讲，凡是能对故障参数进行运算的保护，均可付诸实现。当代的微机接地保护或自动选线装置，放弃了以往电流、电压“绝对定值”的概念，利用它们之间的“相对相位”和“参量比幅”等关系，再加上“重复判断”和“综合判断”等措施，在不增大接地故障电流的条件下，可实现对故障线路的选择性。微机接地保护可以作用于信号，或动作于跳闸。目前，为了充分利用谐振接地方式的灵活性，在一般情况下常常选择手动跳闸，当然也可视具体情况而定。在国外电力系统中，这两种方式均有应用。而国内的情况是绝大部分作用于信号；少部分动作于跳闸，跳闸可瞬间或延时自动，也可延时手动。为了慎重起见，最好待积累一定的成功经验后，再根据需要自由选择。5.2.2 微机接地保护的判据根据国内外的理论研究和现场试验结果，微机接地保护的选择性和可靠性，可以根据以下几项条件进行判断7：(1) 所有使用原始技术数据的传统方法，均不能完全满足继电保护装置的启动和选择性的要求，而慎重改变故障量值的一些方法，则较为可靠；(2) 各种保护装置的动作成功率，都随接地故障电阻的增大而降低，当故障电阻超过1k时，传统继电保护的可靠性便急剧降低；(3) 通过适当变动失谐度而改变零序电流（残余电流）的方法，可以很好地满足保护装置的启动条件；(4) 只有数字式方法，才能利用原始的技术数据测得很高阻值的接地故障、方向及距离等。上述研究结果表明，利用当代的微机、微电子技术，这一技术难题可以得到解决。5.2.3 微机接地保护的发展与应用目前，在国内外中压电网中采用的微机接地保护，其原理计有十几种。总体说来，小电流接地系统的继电保护选择性，已经获得了较好的解决7。在多种的型式中，除注入电流信号的微机接地保护外，其余的保护都要用到电网在故障时的一些参数作为启动条件。有功电流、负序电流和谐波电流等三种接地保护，主要是依靠检测相关电流的绝对值进行判断，当故障线路对应的相关电流值不是最大时，还需要增加相位等参数作为辅助措施。而有功电流、功率方向和暂态电流等三种接地保护，主要是通过对所检测的相位，进行比较以判别故障线路等。以上多种型式的微机接地保护，均已先后在国内外的中压电网投入运行。实践结果表明，部分产品对故障线路的判断不是唯一的，虽然只能作用于选线信号，但却明显地缩小了故障范围，这对运行人员处理故障是很有帮助的。而出现非唯一判定的原因，主要为谐波污染、干扰影响和制造质量等，需要针对问题进行改进。但是，借助检测相对值、即比较有关参数的变化量值来检测故障线路的一些产品，例如，参数增量和零序导纳等微机接地保护，能够较好地满足选择性和可靠性的要求。此外，还有利用EMTP中ATP程序构成的微机接地保护、小波原理微机接地保护，以及最近的“临时相间短路”等微机接地保护，尚待积累运行经验。这里只准备介绍三种比较成熟的微机接地保护，即参数增量微机接地保护、零序导纳微机接地保护和暂态电流微机接地保护等。5.2.4 参数增量微机接地保护利用参数增量原理构成的不同微机接地保护，主要用于检出永久性的单相接地故障；而暂态微机接地保护，则可检出瞬间和永久性的单相接地故障。(1) 参数增量微机接地保护参数增量微机接地保护的原理十分简明。在电网发生单相永久性接地故障期间，如果适当地变动消弧线圈的失谐度，则只有故障线路的零序电流（残余电流）或零序阻抗会出现增量。利用微机计算速度快、综合分析和判断能力强等特点，在改变失谐度的前、后，实时采集和同步记录、集中处理和分析对比各条馈线的零序电流或零序阻抗，其中出现增量的馈线，便是所要检出的故障线路。这里应当指出，目前值得关注的问题是检出单相永久性接地故障的可靠性。这个问题解决了，基本目的就达到了。由于谐振接地系统中的瞬间单相接地故障，能够很快地自行消除，所以能否检出就显得不那么重要了。这些故障存在的时间，一般仅为几个毫秒到几十个毫秒，在此期间内大幅度地增大失谐度，乃至改变它的正、负符号，不仅无济于事，甚至还会产生不良后果，影响电网的安全运行。参数增量微机接地保护的特点是：准确度高。增量只产生于故障线路中，具有唯一性；计算方便。只须对有关参数进行简单的运算，无需EMTP程序和傅立叶快速转换；灵敏度高。不用绝对值作判据，而用相对值，即有关参数的增量；可靠性高。避免了电流互感器和测量回路的误差、背景干扰、脉冲干扰、以及电压和频率波动的影响；通过对零序阻抗的检测，可以增加保护的故障定位和测距功能，为开展配电系统的故障管理工作创造有利的条件。参数增量微机接地保护是与调容式自动消弧线圈一同诞生的，由此构成的“二合一”成套装置，采用双CPU控制，互为备用，能够记录并储存多种信息，对于迅速消除单相瞬间接地故障和准确检出单相永久性接地故障，条件十分有利。同时，由于它系稳态采样，不仅可以避免脉冲等干扰的影响，并且能够进行重复计算和重复判断，故准确度高，效果良好。该成套装置可以单台独立运行，也可多台并联运行。自问世以来，在不到半年的时间内，便有多套装置投入我国的中压电网运行，效果良好。现在，调感式和调匝式等自动消弧线圈，也多改用此种原理构成微机接地保护装置了。 (2) 零序导纳微机接地保护零序导纳微机接地保护是奥地利首先研究开发的。EDF利用了一种新的求值方法，测量电网故障前后线路零序导纳的变化，可以检出谐振接地电网中的单相接地故障。假定在谐振接地电网中有数条馈线，根据该电网正常运行时的零序回路，利用消弧线圈适当的失谐状况和位移电压的相应改变，便可将每条馈线的零序阻抗的不对称分量、即对地导纳和导纳系数计算出来。如果所有的零序导纳系数都不超过健全电网限定的允许值，它就被储存起来，作为相应馈线的参考值。当任何一条馈线发生单相接地故障时，就相当于产生了一个附加的不对称电源，这样，就会导致零序电压和馈线零序电流的总和发生变化。此时，同样可以计算出各条馈线的对地导纳系数，比较接地故障前后馈线零序导纳系数的变化，借此便可检出发生接地故障的馈线。此种微机接地保护护也可免除测量回路和电流互感器的误差，故其灵敏度很高，可以检出100k的高阻接地故障。此外，EDF利用比较接地故障电流中有功分量的方大小和方向，也可检测出50k的高阻接地故障。运行经验表明，在架空线路和电缆网络中，高阻接地故障均时有发生。根据EDF的统计，在中压电网中大约有12%的单相接地故障，其阻值高于4k，最高可达100 k。波兰为了检测高阻接地或电弧接地故障，近些年来也进行了这方面的研究。新的接地保护装置利用零序导纳或电导与电纳两个分量，作为测量值和启动值。零序导纳接地保护可采用一个判据，也可采用两个判据。在中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中，由导纳绝对值和电导两个判据构成的接地保护，至少有一个判据始终能满足检出接地故障的要求。此种微机接地保护装置已在波兰国内推广应用。5.2.5 暂态电流微机接地保护暂态电流微机接地保护，既可用来检出瞬间单相接地故障，而且也可用来检出永久性单相接地故障。此种接地保护可以作用于信号，又可延时动作于跳闸，能够迅速地检除故障线路。当谐振接地电网中发生单相接地故障时，从故障点暂态电流的组成来看，主要包含：电网故障相的对地电容的放电波与非故障相的对地电容的充电波，以及消弧线圈的暂态电感电流等三个分量，而后者在故障的初始阶段不起作用。由于暂态接地电流的频率很高，幅值很大，同时该暂态零序电流与零序电压的首半波之间存在着固定的相位关系。对于放射形结构的电网而言，在故障线路上两者的极性相反，而在非故障线路上，则两者的极性相同，借此便可检出故障线路。暂态电流的大小，与初始电压的相位有关。当接地故障发生在基波电压的零点附近时，其值很小，接地保护可能出现“死区”，这就要求装置能够正确记忆首半波的极性关系。过去的物理模拟接地保护不能解决这一问题，现在的微机接地保护可以解决。此种暂态电流微机接地保护已经在我国的中压电网中投入了试运行，并且能够正确地监测瞬间的单相接地故障。为了使该装置能够正确动作，它采用的是暂态零序电流的实际有效值。这里应当指出，在环形结构的补偿电网中，可能存在电容电流“分界点”的非故障线路。此时，其两端的零序电压和零序电流的极性相同；而“分界点”不在其上的非故障线路，则一端相反，一端相同；同时，对于故障线路而言，两者的极性，也是相反。因此，环网中暂态电流微机接地保护的选择性问题，尚待研究解决。不过，在一般情况下环网多为开环运行，否则，也可先将环网解开，然后再进行故障线路的选择。为了安全起见，待检除故障线路之后，应尽快合环。6 电缆网络的中性点接地方式近些年来，我国城市中的电缆网络不断扩展，在选择中性点接地方式的问题上，出现一些不同的看法是比较自然的。其中主要的问题为：电缆网络一旦发生单相接地，不是永久性故障，便是相间短路事故，消弧线圈已不起作用；电缆网络的接地电容电流很大，补偿与调谐十分困难，当其值达到或超过150A时，谐振接地方式已不再适用，等等。国内外电力系统的运行经验表明，实际情况并非如此。随着近代科学技术的发展，优化了的谐振接地技术，不仅适用于架空线路电网和混合电网，还同样适用于电缆网络。上海的电缆网络在我国最具代表性，运行时间长，电压等级多，特别是市中心区的35kV电缆网络，中性点的各种接地方式都有经历，堪称世界情况的缩影。因此，在讨论电缆网络的单相接地故障问题时，离不开这些运行经验。上海于1932年开始敷设33kV的电缆线路，与架空线路一起运行，因电容电流较小，中性点采用不接地方式。1950年，两条过江电缆建成后，与33kV电缆构成环网，因电容电流较大，发生接地故障时曾损坏设备。于是1952年，改为直接接地方式。1953年，又改为低电阻接地方式。1954年，经苏联专家建议，33kV的电缆网络升压35kV，中性点经消弧线圈接地运行。1957年35kV电缆联网，中性点保持谐振接地方式，消弧线圈带有并联电阻，经10s延时后投入，以检出故障线路。继之又执行苏联专家的建议，于1957年底将并联电阻拆除。后来，新建的35kV电缆线路不断延伸，加之，23kV的电缆陆续升压35kV运行，1987年在城市中心区又重新使用低电阻接地方式12。此外，我国的一些沿海开放城市，试用低电阻接地方式10年左右，一些经验教训同样是值得记取的。6.1 中性点经消弧线圈接地的电缆网络电缆网络中的单相接地故障是否都是永久性的？对这一问题的议论，由来已久。理论分析与运行经验表明，它与电缆网络的中性点的接地方式密切相关，这点可通过运行经验和统计结果进行验证。6.1.1 电缆网络的瞬间接地故障众所周知，电缆线路的本体故障甚少，绝大多数故障发生在终端头和中间接头上。根据上海35kV补偿电网19571960年的统计，消弧线圈的动作成功率平均为76%，其中最低的一年也有62.5%。经过分析认为，由于消弧线圈的安装位置相对集中，零序回路中产生的有功损耗使残余电流显著增大，不利于接地电弧的熄灭。当调整了安装位置后，在紧接着近一年的运行时间内，消弧线圈共动作了51次，而成功率提高到了94%13。在上述的这些数据中，虽然包括了部分永久性的接地故障，但同时也说明了，电缆网络中的瞬间单相接地故障，仍然相当是可观的。另据上海石化总厂1976年5月1986年5月的10年统计结果，在大部分为电缆线路的35kV补偿电网中，共发生单相接地故障65次，其中瞬间接地故障44次，占67.7%；在纯电缆的10kV补偿电网中，共发生单相接地故障37次，其中瞬间接地故障21次，占56.8%。后者的21次单相瞬间接地故障中，电缆绝缘瞬间击穿9次，原因不明者11次，带空载变压器拉手车开关1次14。这里应当指出，以上的统计数据是在人工调谐的消弧线圈与继电保护选择性尚未解决的条件下取得的。如果采用自动跟踪补偿装置等措施，对接地电弧的熄灭更加有利，则单相瞬间接地故障的比例，还会相应地有所提升。2000年7月2日10h 0551min，LZ炼油厂的6kV补偿电网中，一条线路连续发生了11次瞬间接地后突然跳闸。该事故是由于电缆头受潮后爆炸引起的，有功电流微机接地保护的动作全部正确，可惜运行人员未能及时处理，否则，这次事故是完全可以避免的。1999年9 月安装在齐鲁石化公司电缆网络的暂态电流监测仪，曾经记录到运行在6kV补偿电网中的一条三相XLPE电缆，在30天内连续发生的2次瞬间单相接地故障，目前该电缆仍在继续正常运行之中。此种情况只有在谐振接地系统中方能发生，因为残余电流甚小，故障点的绝缘损伤极微；同时，故障相恢复电压的初速度很低，当“水树枝”中的水分蒸发后，电缆的绝缘仍可能恢复并保持在相当高的水平。对于油纸绝缘和充胶的电力电缆，此种情况发生在国内外的电力系统中就更多了。关于“35kV和10kV电缆的单相接地必定是永久性的事故，它不存在自己熄灭电弧的可能”11。从以上的运行经验和分析讨论中，可以看出这一论断是不完全正确的。对于谐振接地系统中的电缆线路来说，由于故障点的残流很小，从绝缘损坏转变为单相永久性接地故障，一般有一个发展的过程（而外力破坏者除外），有时需要经过数次瞬间接地后方能形成；而当代的自动消弧线圈条件更加有利，每次接地往往是从原始状态重新开始，两次瞬间接地故障之间，时间的间隔可以长短不等，短则以时、分等计，长则以日、月等计，这些情况已被国内外电力系统的运行经验所证明。6.1.2 电缆网络的永久性接地故障根据文献15：“上海某35kV采用消弧线圈接地的电网，自1970年以来统计的单相接地故障中，有27.2%在处理过程中发展为两点接地故障，严重影响了供电可靠性。由于电缆的单相接地故障多属永久性故障，电缆网络发生单相接地故障，实际上就意味着对用户的停电。此处配电网采用消弧线圈接地就无优点，扩大事故的缺点却相对突出”。于是，1987年便将中性点改经9.9W的低电阻接地运行。上述统计数据还同时说明，即使在采用人工调谐的消弧线圈和手动拉路检出故障线路的条件下，自1970年以来，仍有72.8%的单相接地故障并未引起停电事故。可见消弧线圈的作用还是相当显著的。若不拆除消弧线圈原配的并联电阻，则可自动检除永久性的接地故障线路，缩短电网带故障运行的时间，进一步减少在处理过程中发生的“两点接地故障”。对于超期服役和绝缘不良的电缆，应逐渐安排更换，而采用低电阻接地方式，则必然会导致100%的停电事故，同时供电可靠性等显著地下降了。6.1.3电缆网络永久接地故障的检除 文献15还认为：“大型的电缆配电网如果采用消弧线圈接地，由于处理故障时间一般较长，往往引起故障扩大。排管式隧道中的电缆如果接地时间过长，容易引起可燃性气体积聚而导致火灾。例如某35kV电缆在隧道内发生单相接地，60min后发展成隧道火灾，烧毁电缆40余条，引起严重的扩大事故。中性点经电阻接地的配电网，其单相接地电流不超过12kA，持续时间不超过几秒钟，一般不会导致故障扩大”等。上面提到的隧道火灾事故，实际是1989年8月17日在上海石化总厂的35kV电网中发生的。如果采用参数增量法等微机接地保护等措施，自动检出并及时清除故障线路，则上述的火灾事故就可以完全避免了。此外，所用的国产35kV XLPE电缆的制造质量不良，导线偏心也是扩大事故的原因之一。经过全面分析和慎重考量后，该厂结合自己的实践经验，继续保持谐振接地方式不变，这就足以说明问题了。这里应当强调指出，关于“电缆网络允许带单相接地故障运行2小时”的规定，原本是根据人工拉路检出故障线路的经验，对最复杂结构的电网所需的时间不会超过2小时。显然，通常所谓的“谐振接地电网需要带故障运行2小时”的说法是错误的。何况，现在利用微机接地保护，在不增大接地故障电流的条件下，可以自动很快地检除故障线路，上述扩大事故的情况就很难发生了。6.1.4 谐振接地电缆网络中的相间故障过去，补偿电网依靠人工拉路检出接地故障线路，在处理过程中如果延误，有时可能发展为两点（越野）接地等故障。现在，单相接地故障可以自动检出，显著地缩短了电网带故障运行的时间，扩大为相间短路的机会就大大地减少了。中性点经消弧线圈接地的电网，由于残余电流很小，在故障点很难形成相间短路。例如，1997年4月13日厦门市杏林地区的10kV三相XLPE电缆，被邮电施工队挖破后带故障运行了55min，因残流小于4A，在机械伤痕周围仅有轻微的电弧烧伤痕迹，自然没有发展为相间短路。同时，由于接触电压和跨步电压甚低，工人也安然无恙。另外，根据邢台、正阳和权台三个煤矿电缆网络的统计，在中性点不接地运行期间，分别发生过50、25、20次单相接地故障，其中各有26%、40%、50%引起电缆“放炮”，导致了停电事故的发生。当中性点改为谐振接地方式运行后，又分别发生过40、32、9次单相接地故障，都未再发生电缆“放炮”现象。以上的统计分析结果表明，在补偿电