淺談電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式

李 瑩

[摘 要]供配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式涉及電網(wǎng)的安全運(yùn)行,供電可靠性,過電壓和絕緣的配合,繼電保護(hù),接地設(shè)計(jì)等多個(gè)因素,而且對(duì)通信和電子設(shè)備的電子干擾、人身安全等方面有重要影響。目前供配電系統(tǒng)的接地方式主要有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地四種,本文對(duì)這四種中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行了分析與比較。

[關(guān)鍵詞]中性點(diǎn);接地系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是指電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)與地的連接方式?？梢苑譃榇蠼拥仉娏飨到y(tǒng)和小接地電流系統(tǒng),前者即中性點(diǎn)直接接地電流系統(tǒng),后者又分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)。由于各國(guó)電力技術(shù)的水平和條件、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素的不同,各個(gè)國(guó)家對(duì)這個(gè)問題的處理方式不盡相同,掌握各級(jí)電力系統(tǒng)采用何種接地方式,對(duì)于電力系統(tǒng)中的工作人員都是很重要的。

一、大接地電流系統(tǒng)

大接地電流系統(tǒng),即將中性點(diǎn)直接接地。該系統(tǒng)運(yùn)行中若發(fā)生一相接地故障時(shí),就形成單相接地短路,線路上將流過很大的短路電流,使線路保護(hù)裝置迅速動(dòng)作,斷路器跳閘切除故障。大電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí),中性點(diǎn)電位仍為零,非故障相對(duì)地電壓基本不變,這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。因此在這種系統(tǒng)中的輸電設(shè)備絕緣水平只需按電網(wǎng)的相電壓考慮,較為經(jīng)濟(jì)。此外,該系統(tǒng)單相接地故障時(shí),不會(huì)產(chǎn)生間歇性電弧引起的過電壓,不會(huì)因此而導(dǎo)致設(shè)備損壞。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)缺點(diǎn)也很多,首先是發(fā)生單相接地故障時(shí),不允許電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行,防止短路電流造成較大的損失,因此可靠性不如小接地電流系統(tǒng)。其次中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在運(yùn)行中若發(fā)生單相接地故障時(shí),其接地點(diǎn)還會(huì)產(chǎn)生較大的跨步電壓與接觸電壓。此時(shí)若工作人員誤登桿或誤碰帶電導(dǎo)體,容易發(fā)生觸電傷害事故。對(duì)此需要加強(qiáng)安全教育以避免事故。再次,中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的接地電流較大,對(duì)通訊系統(tǒng)的干擾影響也大,特別是當(dāng)電力線路與通訊線路平行走向時(shí),由于耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓,對(duì)通訊造成干擾。

二、小接地電流系統(tǒng)

小電流接地系統(tǒng),即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)。小接地電流系統(tǒng)可分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。

1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),即中性點(diǎn)對(duì)地絕緣。這種接地方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行方便,不需任何附加設(shè)備,投資經(jīng)濟(jì)。適用于lOkV架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)生單相接地故障時(shí),由于接地電流很小,若是瞬時(shí)故障,一般能自動(dòng)熄弧,非故障相電壓升高不大,不會(huì)破壞系統(tǒng)的對(duì)稱性,根據(jù)安規(guī)規(guī)定,系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后可允許繼續(xù)運(yùn)行不超過兩小時(shí),從而獲得排除故障時(shí)間,相對(duì)地提高了供電的可靠性。中性點(diǎn)不接地方式缺點(diǎn)在于因其中性點(diǎn)是絕緣的,電網(wǎng)對(duì)地電容中儲(chǔ)存的能量沒有釋放通路。在發(fā)生弧光接地時(shí),電弧的反復(fù)熄火與重燃,也是向電容反復(fù)充電過程。由于對(duì)地電容中的能量不能釋放,造成電壓升高,從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓,其值可達(dá)很高的倍數(shù),對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅。

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),即將中性點(diǎn)通過一個(gè)電感消弧線圈接地。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)點(diǎn)在于其能迅速補(bǔ)償中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生電容電流,減少的弧光過電壓的發(fā)生。雖然中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有發(fā)生單相接地故障仍可以繼續(xù)供電的突出優(yōu)點(diǎn),但也存在產(chǎn)生間歇性電弧而導(dǎo)致過電壓的危險(xiǎn)。當(dāng)接地電流大于30A時(shí),產(chǎn)生的電弧往往不能自熄,造成弧光接地過電壓概率增大,不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行。而消弧線圈是一個(gè)具有鐵心的可調(diào)電感,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí),接地電流通過消弧線圈時(shí)呈電感電流,對(duì)接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償,使通過故障點(diǎn)的電流減小到能自行熄弧范圍。而當(dāng)電流過零而電弧熄火后,消弧線圈尚可減少故障相電壓的恢復(fù)速度,從而減少了電弧重燃的可能,有利于單相接地故障的消除。此外,通過對(duì)消弧線圈無載分接開關(guān)的操作,使之能在一定范圍內(nèi)達(dá)到過補(bǔ)償運(yùn)行,從而達(dá)到減小接地電流。這可使電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,相對(duì)地提高了供電可靠性。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要在于零序保護(hù)無法檢出接地的故障線路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí),由于接地點(diǎn)殘流很小,且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補(bǔ)償狀態(tài),接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同,故零序過流、零序方向保護(hù)無法檢測(cè)出已接地的故障線路。其次,消弧線圈本身是感性元件,與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路,在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓。再次,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率,還是不能徹底消除弧光接地過電壓,也不能降低弧光接地過電壓的幅值。

3.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng),即中性點(diǎn)與大地之間接入一定電阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路,由于電阻是耗能元件,也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件,對(duì)防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓。有一定優(yōu)越性。另外采用電阻接地方式的變電所當(dāng)發(fā)生一相金屬性接地后,健全相電壓上升至系統(tǒng)電壓,接地跳開后,三相電壓迅速恢復(fù)到正常值,接地點(diǎn)電流值由系統(tǒng)電容電流的大小和中性點(diǎn)電阻值共同決定。在發(fā)生非金屬性接地時(shí),受接地點(diǎn)電阻的影響,流過接地點(diǎn)和中性點(diǎn)的電流比金屬性接地時(shí)有顯著降低,同時(shí),健全相電壓上升也顯著降低,零序電壓值約為單相金屬性接地的一半。由此可見,采用中電阻接地方式能在單相接地故障時(shí)產(chǎn)生限流降壓作用,對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低,其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)在與由于接地點(diǎn)的電流較大,當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí),將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害,導(dǎo)致相間故障發(fā)生。此外當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),無論是永久性的還是非永久性的,均作用于跳閘,使線路的跳閘次數(shù)大大增加,影響了用戶的正常供電,使其供電的可靠性下降。

總之,在三相交流電力系統(tǒng)中,采用哪種接地方式要根據(jù)電壓等級(jí)的高低、系統(tǒng)容量的大小、線路的長(zhǎng)短和運(yùn)行氣象條件等因素經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較來確定的,以達(dá)到較好的工程效果。

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(編輯/永安)