弧線圈接地和小電阻接地的探討

江志平

摘?要中壓供配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的問題，它對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，特別是發(fā)生故障后的運(yùn)行有著多方面的影響，例如供電的可靠性、短路電流的大小、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的配置與動(dòng)作狀態(tài)、過電壓的高低、電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和對(duì)通信的干擾等。針對(duì)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式應(yīng)用的發(fā)展及單相接地電容電流也在不斷的增加，電纜饋線回路的增加，改造和合理選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，已經(jīng)關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)已引起多方面的關(guān)注，文中就電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞供電系統(tǒng)；消弧線圈接地；小電阻接地；中性點(diǎn)接地；可靠性

中圖分類號(hào)TM文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2011)071-0099-01

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指發(fā)電機(jī)、變壓器的三相繞組接成星形的公共連接點(diǎn)。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式有兩大類：一類是中性點(diǎn)不接地（包括為測量中性點(diǎn)對(duì)地電壓而在中性點(diǎn)與地之間接入的單相電壓互感器）和經(jīng)消弧線圈或高阻抗接地，稱為小接地電流系統(tǒng)；另一類是中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地，稱為大接地電流系統(tǒng)。

我國采用經(jīng)消弧線圈接地方式已運(yùn)行多年，但近幾年有部分區(qū)域采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。隨著采用電纜線路的用戶日益增加，系統(tǒng)單相接地電容電流不斷增加，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)單相接地故障擴(kuò)展為事故。世界各國對(duì)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式有不同的觀點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在中壓電網(wǎng)改造中，其中性點(diǎn)的接地方式問題，現(xiàn)已引起多方面的關(guān)注，面臨著發(fā)展方向的決策問題。下面對(duì)分析中性點(diǎn)不同的接地方式與供電的可靠性。

1中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

1916年發(fā)明了消弧線圈，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，其廣泛適用于中壓電網(wǎng)，在世界范圍有德國、中國、前蘇聯(lián)和瑞典等國的中壓電網(wǎng)均長期采用此種方式，顯著提高了中壓電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流較小，其特點(diǎn)是線路發(fā)生單相接地時(shí)，可不立即跳閘，按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí)。從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和資料表明，當(dāng)接地電流小于10A時(shí)，電弧能自滅。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性，大大的高于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，但中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式也存在著以下問題：

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)無法檢測出已接地的故障線路。

因目前運(yùn)行在中壓電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動(dòng)調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，必須在退出運(yùn)行才能調(diào)整，也沒有在線實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在運(yùn)行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以不能很好的起到補(bǔ)償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過電壓問題。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式存在的缺點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）消弧線圈各分接頭的標(biāo)稱電流和實(shí)際電流誤差較大，有些甚至可達(dá)15%，運(yùn)行中就發(fā)生過由于實(shí)際電流值與銘牌數(shù)據(jù)差別而導(dǎo)致諧振的現(xiàn)象。

?2）計(jì)算電容電流和實(shí)際電容電流誤差較大，對(duì)于電纜和架空線混合的出線，單位長度的電容電流也不盡相同，消弧線圈補(bǔ)償?shù)恼_性難以保證。

3）出線電纜的單相接地故障多為永久性故障。由于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地永久性故障后，在接地故障點(diǎn)的檢出過程中，這對(duì)城市中人口密集的現(xiàn)狀而言，事故的后果會(huì)非常嚴(yán)重。

?4）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)僅能降低弧光接地過電壓發(fā)生的概率，并不能降低弧光接地過電壓的幅值，將使系統(tǒng)設(shè)備長時(shí)間承受過電壓作用，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅。

2中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

世界上以美國為主的部分國家采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式可以泄放線路上的過剩電荷來限制弧光產(chǎn)生的過電壓，由于美國在歷史上過高的估計(jì)了弧光接地過電壓的危害性，因而采用此種方式。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式通過零序電流繼電器來保護(hù)線路。其優(yōu)點(diǎn)是:接地時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路;系統(tǒng)單相接地時(shí)，健全相電壓不升高或升幅較小，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。

但是其缺點(diǎn)也很明顯：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;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，嚴(yán)重影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。因此，為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，在線路上廣泛的裝設(shè)了自動(dòng)重合閘裝置，使之盡快恢復(fù)供電。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，較大的單項(xiàng)接地短路電流將會(huì)在輸電線路周圍產(chǎn)生較強(qiáng)的單項(xiàng)磁場，對(duì)鄰近的通信線路和信號(hào)裝置產(chǎn)生較大的電磁干擾。為了避免這種干擾，應(yīng)使輸電線路遠(yuǎn)離通信線路，或在弱電線路上加裝特殊的保護(hù)裝置。

對(duì)于城市核心區(qū)中心變電站采用小電阻接地方式，具有如下優(yōu)點(diǎn)：雖然不如消弧線圈那種方式下，事故時(shí)可以堅(jiān)持運(yùn)行1~2個(gè)小時(shí)，但是它可以立即切除故障，最大限度的保證了核心城區(qū)的居民安全，減少了事故影響，它的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：

1）經(jīng)低電阻接地這種接地方式可以降低弧光接地過電壓倍數(shù)，破壞諧振過電壓的發(fā)生條件。

2）當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以準(zhǔn)確迅速地判斷出故障線路，并在很短的時(shí)間內(nèi)切除，使設(shè)備耐受過電壓的時(shí)間大幅度縮短，為系統(tǒng)設(shè)備降低絕緣水平創(chuàng)造了有利條件，使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增加。

3）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)中性點(diǎn)電阻阻值不是很大時(shí)，當(dāng)接地電弧熄弧后，零序殘荷將通過中性點(diǎn)電阻提供的通路泄放掉，所以當(dāng)發(fā)生下一次燃弧時(shí)，其過電壓幅值和從正常運(yùn)行情況發(fā)生單相接地故障時(shí)的情況相同，并不會(huì)象中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，由于多次燃弧、熄弧而使過電壓幅值升高。

4）在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果架空線路斷線，此時(shí)缺相運(yùn)行，落下來的導(dǎo)線對(duì)于人身將會(huì)造成較大的威脅，如果人恰好誤碰該導(dǎo)線而且不易立即脫離電源，這時(shí)會(huì)危及到人身安全，如果絕緣線恰好落在繁華地區(qū)，引起的人身傷害將更加嚴(yán)重。但在中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)中，如果絕緣線落地發(fā)生金屬性接地，保護(hù)正確動(dòng)作后切除電源，此時(shí)是比較安全的。但是如果絕緣導(dǎo)線非金屬性接地時(shí)，掉在地面上的電流與斷裂端頭絕緣的狀態(tài)密切相關(guān)，如果在清潔、干燥條件下幾乎可以承受相電壓而不建弧，此時(shí)保護(hù)不能正確動(dòng)作情況類似于不接地或消弧線圈接地系統(tǒng)；如果掉在濕地上電流較大，保護(hù)能正確動(dòng)作，這時(shí)也是比較安全的。所以綜合兩種情況而言，對(duì)于人身直接接觸高壓的安全性方面，采用低電阻接地系統(tǒng)比不接地或消弧線圈接地系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢。

5）對(duì)于消弧線圈接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，目前是采用選線裝置來尋找故障點(diǎn)，這種方式很不準(zhǔn)確，而且易引發(fā)其它故障（如相間故障）；采用手動(dòng)點(diǎn)掉再重合，逐路拉試，影響供電可靠性。采用低電阻接地后，可以通過繼電保護(hù)及時(shí)將故障線路跳開，無需人工進(jìn)行查找切除。

3小結(jié)

中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式不止在國內(nèi)在國外也有不同的觀點(diǎn)，現(xiàn)已引起多方面的關(guān)注。在電力建設(shè)和改造中，必須結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備的改造。

1）新建的變電站。中壓多采用單母線多分段結(jié)構(gòu)，如果外線建設(shè)能充分改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，出線電纜較多或外界環(huán)境較好（在市區(qū)中新建的變電站此類情況較多），可以使用小電阻接地方式。如果考慮由于配電自動(dòng)化的普及率不高，也可采用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈，使用消弧線圈接地系統(tǒng)。

2）新建變電站或近年建設(shè)的變電站。如外線施工由于各種原因，未能改善原有網(wǎng)架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較差，架空出線較多，外界運(yùn)行環(huán)境較差，例如受臺(tái)風(fēng)影響較大。應(yīng)考慮使用消弧線圈系統(tǒng)，通過自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。

3）老舊變電站。如果是單母線分段結(jié)構(gòu)，可考慮采用小電阻接地系統(tǒng)，以避免老的外線設(shè)備在單相接地的情況下，發(fā)生絕緣薄弱點(diǎn)被擊穿引起停電擴(kuò)大的情況。如出線以架空線居多，而運(yùn)行環(huán)境較為惡劣的話，可以考慮采用消弧線圈接地系統(tǒng)，并采用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。

4）老舊變電站。如果是雙母線分段結(jié)構(gòu)，可以考慮采用小電阻接地系統(tǒng)，以避免由于站外單相接地故障引起的站內(nèi)設(shè)備擊穿的情況。

我廠新建的35KV總降壓站，由于廠內(nèi)近幾年的改造，出線基本上都改成電纜，而且全部自動(dòng)化控制，故當(dāng)時(shí)采用了小電阻接地系統(tǒng)。

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