中性点接地相关知识.doc

对地电容电流输、配电线路对地存在电容，三相导线之间也存在着电容。当导线充电后，导线就与大地存在了一个电场，导线会通过大气向大地（另二相导线也拆算到地）放电，将导线从头到尾的放电电流“归算”到一点，这个“假想”的电流就是各相对地电容电流。输电线有电 大地是0电势 这不就是电容拉吗中性点接地与否的选择因为对于中性点直接接地的连接方式，一旦发生系统中一相接地而出现除中性点外的另一个接地点，则会发生严重的短路。此时接地故障相电流很大，容易损坏设备，危害人身安全。（这也是要求中性点接地系统一旦发生单相接地故障，保护应该在尽快切断故障。这样一方面导致断电也是所谓的供电可靠性降低的原因）对于矿井而言，大短路电流可能会产生电火花，易导致井下易爆气体爆炸。因此井下变压器中性点不能直接接地。而对于中性点不接地的系统，即使发生单相接地，也不会造成短路，系统仍然可以继续运行，保证可靠性。但此时非接地相电压将升高至线电压（但三线电压并没有大小没有变化并依然对称，所以运行继续短时间运行），所以此类系统对于绝缘的要求较高。由于高压绝缘较困难，所以通常高压输电网采用中性点直接接地，而中压系统主要是采用中性点不接地的方式。对于中高压由于考虑如果系统中性不接地的话，由于对地电容电流很大，（由于其他两相会以接地点为回路形成通道）导致单相接地时接地相电流很大，从而对绝缘要求高，再者非接地相电压提高到原来的根号3倍，也对绝缘的要求提高。否则绝缘容易被击穿发展为相间故障。而对于中高压，本来电压水平就高，这样如果采用中性点不接地的话就会导致很高的投资成本投入。所以一般采用中性点直接接地方式（或经小阻抗接地方式）。这也是所谓的大电流接地系统。中性点接地在实际中如何选择电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统.(1)对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。(2)对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。(3)20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。(4)1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得机电压，地线是为了安全。中压电网中性点接地方式分析摘 要 针对中压电网中性点不接地供电网系统的不断扩大及电缆馈线回路的增加，单相接地电容电流也在不断的增加，改造电网中性点接地方式、合理选择电网中性点接地方式，已是关系到电网运行可靠性关键的技术问题，文中就电网的中性点接地方式进行分析和探讨。 关键词 供电系统 中性点接地 可靠性1. 概述 中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压电压应用较为普遍，其均为中性点非接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。(即 其实一个系统考虑中性点接地关键看去线路的对地电容电流，因为如果不接地的话，当一相接地的话就会导致接地相流过三相的电容电流，这样就会导致接地故障电流大破坏绝缘从而发展为相间短路。)我国电气设备设计规范中规定35KV电网如果单相接地电容电流大于10A，3KV10KV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而城市电网规划设计导则（施行）第59条中规定“35KV、10KV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。 2. 中性点不同的接地方式与供电的可靠 性 在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，为此对这两种接地方式作以分析，对于中性点不接地系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。 2.1中性点经小电阻接地方式 世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式,原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性,而采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是： 2.1.1.系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。 2.1.2.接地时,由于流过故障线路的电流较大,零序过流保护有较好的灵敏度,可以比较容易检除接地线路。 2.1.3.由于接地点的电流较大,当零序保护动作不及时或拒动时,将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害,导致相间故障发生。 2.1.4.当发生单相接地故障时,无论是永久性的还是非永久性的,均作用与跳闸,使线路的跳闸次数大大增加,严重影响了用户的正常供电,使其供电的可靠性下降。 2.2中性点经消弧线圈接地方式 1916年发明了消弧线圈,并于1917年首台在德国Pleidelshein电厂投运至今,已有84年的历史,运行经验表明,其广泛适用于中压电网,在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。 用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题： 2.2.1.当系统发生接地时,由于接地点残流很小（不适宜用零序过电流保护，要不然不平衡电流会使其不正确动作）,且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态,接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同,故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。 2.2.2.因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构,必须在退出运行才能调整,也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备,故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节,所以不能很好的起到补偿作用,仍出现弧光不能自灭及过电压问题。 中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好效果，现在正处在推广应用阶段。 3. 单相接地电容电流 因中性点不接地方式在中压电网中,仅是一种短期的过渡方式,最终是要过度到经消弧线圈或小电阻接地方式,而在改造前要对电网中的电容电流进行计算和测量，以给改造提供技术数据。 中压电网单相接地电容电流有以下几部分构成： 3.1.系统中所有电气连接的全部线路（电缆线路、架空线路）的电容电流。 3.2系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流。 3.3因变配电设备造成的电网电容电流的增值。 系统中的电容电流可按下式计算： Ic=(ic1ic2)(1k) 式中：ic电网上单相接地电容电流之和 Ic1线路和电缆单相接地电容电流之和 ic2系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和 k配电设备造成的电网电容电流的增值。10KV取16、35KV取13。 在对电网上单相电容电流计算的基础上，为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量，对系统运行中单相电容电流进行实测是十分必要的，微机在线实时检测装置为实测网上单相电容电流提供了快速准确的手段，其原理是，检测系统的不平衡电压E0，并以一定的采样周期检测线电压UAB，中性点位移电压U0及中性点位移电流I0，根据下式计算出单相接地电容电流。 E0= U0 I0Xc 式中：Xc为系统对地容抗； 因Xc=（E0U0）/ I0 则Ic=U相/ Xc= U相I0/ E0U0 式中Ic为单相接地电容电流 单相电容电流的检测也可以采用偏置电容法和中性点外加电容法，在测试中，可以选用几种不同容量的Cf（所加的偏置电容）测出几组数据，利用移动平均值获得单相接地电容电流，以减少测试中的误差。 4、微机控制消弧装置 人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20 s,由过补、欠补、最小残流三种运行方式。 装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。 结语 中压电网的中性点接地方式在国内也有不同的观点，并已成为电网改造中的一个热点问题，根据我国多年的运行经验及科学技术的进步，解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。小电流接地系统 小电流接地系统是指采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统。小接地电流系统是电力系统的一种接线方式和运行方式。一般是指中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。这二种系统当发生“单相接地”故障后，接地点的电容电流很小，一般在30A以下（有说法将个别系统标准降至5A），故称之为小接地电流系统。 在该系统中，如发生单相接地时，由于线电压的大小和相位不变(仍对称)，且系统绝缘又是按线电压设计的，所以允许短时运行而不切断故障设备，从而提高了供电可靠性。 但是，若一相发生接地，则其它两相对地电压升高为相电压的倍，特别是发生间歇性电弧接地时，接地相对地电压可能升高到相电压的2.53.0倍。这种过电压对系统的安全威胁很大，可能使其中的一相绝缘击穿而造成两相接地短路故障。因此，值班人员应迅速寻找接地点，并及时隔离。 小电流系统是指中性点不直接接地系统。（包括中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统或中性点经电阻接地系统）在我国，66KV及其以下电压等级的电网中，一般都采用这种系统。 小电流系统发生单相接地以后，由于故障特征不明显，使得迅速、准确地指示接地回路有一定的难度，小电流系统单相接地选线一直是继电保护领域未彻底解决的一个难题。从八十年代末一直到现在，众多大专院校、研究院、生产厂家都致力于这一产品的开发与生产，提出了不少新思路与新方法，但从现场运行反馈回来的信息来看，用户对这种产品颇有微词,基本上处于一种抵触状态，一方面为急需要解决选线问题着急，一方面为没有可信赖的装置而发愁。小电流选线装置为什么不好用？ 经过深入调查与分析，我们认为使用不理想的主要原因有以下几点：1每种原理都有一定的局限性。目前国内流行的三种原理是功率方向法、谐波分析法（即群体比幅比相法）、与信号注入法。 （1）功率方向法采用判断每条线路的零序电流的功率方向来确定故障线路，这种方法从原理上讲就达不到100%的准确率，可能出现一条线路 接地，判断多条线路或一条都判断不出的结果。目前，这种方法常被综 合自动化系统中分布采样单元或功率方向继电器采用。 （2）谐波分析法：谐波分析法采用单相接地后零序稳态信号的群体比 幅比相法。由于比幅比相时，采用的是相对原理，因此，这种方法从理论上讲不存在死区，不受运行方式及接地电阻的影响，可以做到100%的准确率，其选线方案的有效性已得到充分证明。但对于CT不平衡导致的零序电流，这种方法不能有效解决。 （ 3）信号注入法，虽然接线简单，不须零序CT回路，但由于注入信号大小及方法的限制一般主要用于10KV及以下电压等级系统。另外，探头 敏度和可靠性易受各种外界因素影响，再者综自站及无人值守站的使用有些不便。2硬件电路设计上存在着严重的先天不足导致了装置的运行可靠性很低，大分用户有这样的反映：装置投运一年内，判断准确率很高，但以后就不准确了，这往往是由于硬件电路故障导致的。3小电流选线装置未作为继电保护装置对待。不论是从设计、制造、工艺还是从应用上讲，小电流选线装置一直被认为是一个检测装置，由于它的运行好坏不直接对系统的安全运行造成影响，因此未引起足够重视。生产厂家为技术保密不对用户公开硬件图纸，而现场用户由于没有图纸和相应检验规程而无法象保护装置一样做定检和维护。4当前市场上的该类产品良莠不齐，部分厂家并未深入掌握关键技术， 竟贸然或自制或仿造，极大的破坏了本类产品的市场信誉。5现场安装接线问题。由于选线装置须引入零序电压及零序电流回路。而66KV及以下系统，以往设计时只安装了两相CT，没有零序回路，因此零序回路的接线往往问题最多。从我们去现场服务的情况来看，往往会出现：零序回路不对应；回路未引入；零序不平衡电流过大；极性不对等现象。如