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现代化城市和经济发达地区10kV配电网的中性点接地方式的选择

中联电力2019-09-18 16:18:38

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【摘要】本文简要评价了10kV配电网中性点的接地方式,以东莞市10kV配电网为例,提出中性点经小电阻接地方式,应用于现代化城市和经济发达地区是必要的、可行的和有益的。

中性点接地是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题,它对电力系统的设计与运行有着重大的影响,确定电网的中性点接地方式,必须考虑:①供电安全可靠性和连续性;②配电网和线路结构;③过电压保护和绝缘配合;④继电保护构成和跳闸方式;⑤设备安全和人身保安;⑥对通信和电子设备的电磁干扰;⑦对电力系统稳定影响等诸多因素。

我国目前采用的中性点接地方式有:中性点不接地、经消弧线圈接地及经小电阻接地等三种方式。

三种中性点接地方式的评价:

(一) 中性点不接地

中性点不接地方式的主要特点是简单,不需任何附加设备,投资省,运行方便,特别适用于以架空线为主的电容电流比较小的、结构简单的辐射形配电网。在发生单相接地故障时,流过故障点的电流仅为电网的对地电容电流。由于电流较小,一般能自动息弧。又由于中性点绝缘在单相接地时并不破坏系统的对称性,可带故障连续供电2小时,相对提高了供电的可靠性。

中性点不接地系统最根本的弱点就是其中性点是绝缘的,电网对地电容中储存的能量没有释放通道,在发生弧光接地时,电弧反复熄灭与重燃的过程,也是反复向电网电容充电的过程。由于电容中能量不能释放,每个循环使电容电压升高一个阶梯,所以中性点不接地系统在弧光接地过电压中达很高的倍数,对系统设备绝缘危害很大。同时系统存在电容和电感元件,在一定的条件下,由于倒闸操作或故障,很容易引发线性谐振或铁磁谐振。一般说,对于馈线较短的电网会激发起高频谐振,引起较高的谐振电压,特别容易引起电压互感器绝缘击穿,而对于馈线较长的电网却容易激发起分频铁磁谐振,在分频谐振时,电压互感器呈较小阻抗,通过电压互感器的电流成倍增加,引起熔丝熔断或使电压互感器过热烧毁。

(二) 中性点经消弧线圈接地

当电网单相接地电流比较大的时候,如果中性点不接地,发生接地故障时,产生的电弧往往不能自熄,造成弧光接地过电压的概率增大,不利于电网的安全运行。

中性点经消弧线圈接地方式,是在中性点和地之间接一电感线圈,系统单相接地故障时,利用消弧线圈的电感电流对系统的对地电容电流的补偿作用,使通过故障点的故障电流减小到能够自行熄弧的范围。一般采用过补偿,使发生单相接地故障时和中性点不接地一样可持续运行一段时间,提高供电可靠性。

缺点:

(1)单相接地故障时,健全相的对地电压同样升高3倍。

(2)由于消弧线圈本身就是一个感性谐振元件,与系统对地电容构成谐振回路,在一定条件下,可能发生系统谐振,危及设备安全运行。

(3)在补偿度偏差较大时可能产生倍数很高的弧光接地过电压。

(4)脱谐度需要严格地控制,频繁地调节。脱谐度过小时,会使系统中性点电位偏移过大,脱谐度过大又不能抑制系统过电压水平,当电网运行方式改变时,其控制操作麻烦,需要很熟练运行维护技术。

(5)补偿容易受到限制,当电网发展快,系统对地电容超过消弧线圈容量时必须更换消弧线圈。

(6)对于单相接地电容电流很大的系统,消弧线圈的容量必须很大,不经济。

(7)发生触电事故而引起单相接地时,因电源侧开关不跳闸,使伤亡事故进一步扩大。

(8)由于单相接地电流得到补偿而变小,实现继电保护比较困难。

(三)中性点经小电阻接地

中性点经电阻接地,就是在中性点接入一小阻值电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路。由于电阻是耗能元件,也是电容电荷的释放元件,同时还是系统谐振的阻压元件,所以中性点经电阻接地方式具有以下优点:

(1)将弧光接地过电压限制到较低水平。

(2)从根本上抑制系统谐振过电压。

(3)限制系统中性点电位偏移。

(4)可简化继电保护,方便检测接地故障线路,隔离故障点。

(5)有利于降低系统设备的绝缘水平,节省投资,提高经济效益

(6)可以在系统中使用无间隙氧化锌避雷器,从而降低雷电过电压幅值,提高系统运行的可靠性和电气设备的运行寿命。

(7)电网运行方式灵活,不受电网运行方式改变而变化的电容电流影响,从而提高电网的供电可靠性。

(8)能快速切除故障,避免发生人身安全事故和设备安全,具有明显的安全性。

通过上述三种中性点接地方式的比较得出:10kV配电网中性点不接地或消弧线圈接地方式,其最大优点是当发生单相接地故障时,若是瞬时故障,将及时得到恢复,若是永久性故障,由于容性电流小或受到消弧线圈的感性电流补偿,将极大地降低流过故障点电流,熄灭故障点电弧,同时可允许带单相接地故障运行2小时,以获得足够时间排除故障,保证对用户的供电。

在我国经济不发达地区的10kV配电网及以架空供电为主的广大农村10kV电网中仍可采用的中性点不接地或消弧线圈接地方式。但对于现代化的城市和经济发达的地区,其用电量是非常大的。这种大容量的10kV配电网,不再是过去的单电源的辐射系统或树形系统供电,而是网孔网络系统供电。对用户供电可靠率也不再是靠带单相接地故障运行2小时来保证,而是靠电网结构和调度控制来保证。

另外,在现代化城市和经济发达地区的10kV电网规划和改造中应以电缆供电为主,架空供电为辅是必然趋势,所以10kV电网单相接地电容线流值很大,尤其在电缆为主电网中,电网发生的接地故障过程往往是先产生间隙性电弧然后发生永久性接地。间隙性电弧所造成的高频熄弧过电压值可达到6~8倍相电压,不仅幅值高而且持续时间长,对现有过电压保护设备也将构成威胁,从而对设备造成危害。永久性故障时,是不允许继续运行,必须迅速切断电源,避免扩大事故。因此在现代化城市和经济发达地区的10kV配电网适合采用中性点径小电阻接地方式。

以东莞市为例,东莞位于广东省中南部,处于广州——深圳的经济走廊中间,得天独厚的地理环境,便利的交通,使得东莞自改革开放以来,便成为外资的投资热土。生产力的发展带动了电力事业的高速发展,到目前止,东莞的主干电网已拥有110kV以上变电站近70座,变电工区8800兆伏安。2000年东莞电网最高负荷为308万千瓦,全年供电量为170多亿千瓦时。

改革开放前,东莞城乡10kV配电网是以架空线路为主的单电源辐射或树形系统。其中性点大都采用不接地运行方式,提高了供电的可靠性,长期以来的运行经验证明,此方式是十分适宜的。

改革开放后,情况有很大的变化,其表现为:

1、用电负荷逐年递增

2、网络结构开始发生很大变化

为提高供电的可靠性以及国家近年来对农网、城网的建设与改造的要求,东莞10kV配电网规划建设和改造为环网式结线系统。

3、由于现代化城市市容(如:主要街道不允许架设架空线)和各种技术条件限制(如:当一个供电区内负荷密度达到一定程度时,架空送电线的供电负荷能力将受到限制)。以及可用土地资源的日渐减少等原因,供电的馈线大都采用电缆供电。

4、旧变电站10kV架空出线改为电缆出线,新变电站为减少占地面积。10kV架线采用电缆出线。

随着电力负荷的不断增长,网络结构的不断变化,地下电缆迅猛增加,使系统的电容电流数值大幅增涨,这时配电网继续采用中性点不接地方式是不适宜的,若改为采用经消弧线圈接地方式,消弧线圈补偿存在很大困难,不能满足今后电力发展的需要。由此可见,象东莞这样的现代化城市和经济发达地区的10kV配电网采用小电阻接地方式最适宜。

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