淺談UPS中性點(diǎn)接地問(wèn)題及其接地方案

趙凱

摘 要：UPS中性點(diǎn)接地面臨著日益突出的問(wèn)題，有待制定有效的UPS中性點(diǎn)接地方案。文章分別論述了UPS中性點(diǎn)接地問(wèn)題及UPS中性點(diǎn)接地方案，希望UPS中性點(diǎn)接地的探討對(duì)電力行業(yè)從業(yè)人員提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：中性接地；問(wèn)題；方案

近些年來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展迅猛，城市電網(wǎng)不斷整合結(jié)構(gòu)，電纜的使用占了很大的比重，越來(lái)越被重視。電力網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，接地設(shè)備參數(shù)的確定以及其繼電保護(hù)方式，為世界各國(guó)電力部門所關(guān)注[1]。UPS中性接地點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地的方式，產(chǎn)生了日益突出的問(wèn)題，有待制定UPS中性點(diǎn)接地方案。

1 UPS中性點(diǎn)接地問(wèn)題

1.1 UPS中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地問(wèn)題。隨著城市的用電，用電容產(chǎn)生過(guò)大的電流，無(wú)法保證消弧線圈正常運(yùn)行。電弧的調(diào)節(jié)范圍有限，只有1比2的調(diào)節(jié)比例，滿足不了工程初期和末期的需要。消弧線圈接頭位置的電流流量和實(shí)際流動(dòng)中的電流出入大，誤差比達(dá)15%，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中線圈內(nèi)的電流和名牌標(biāo)簽所標(biāo)注的電流并不相符；無(wú)法正確計(jì)算電容電流和實(shí)際電流，供電網(wǎng)絡(luò)成分復(fù)雜，包括電纜和架空線，無(wú)法準(zhǔn)確掌控電線的實(shí)際長(zhǎng)度；此外電纜型號(hào)繁多，不同長(zhǎng)度電容中的電流不同。有些電網(wǎng)甚至出現(xiàn)了5次諧波的接地電流容量，比例高，達(dá)5%-15%。雖然準(zhǔn)確計(jì)算工頻接地電流，仍然無(wú)法減少較高的電容百分比。接地電網(wǎng)在接地過(guò)程中，產(chǎn)生較大的電流，不能滿足運(yùn)行過(guò)程中的補(bǔ)償。電纜絕緣材料的破損導(dǎo)致UPS中性點(diǎn)接地出現(xiàn)故障，接地電流大，特別在封閉性電弧中，電弧不容易熄滅，UPS中性接地點(diǎn)單相接地是永久性故障。中性接地點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈時(shí)形成一個(gè)小型的電流接地系統(tǒng)，出現(xiàn)了單相接地永久故障，不容易檢查接地故障點(diǎn)，查找故障難。系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于電壓中，絕緣層受到破壞。單相連地下，形成過(guò)高的非故障電壓，查找故障點(diǎn)困難。電壓運(yùn)行狀態(tài)下，避雷器容易受到破壞，此類事件發(fā)生的概率大。當(dāng)避雷針沒(méi)有提高閥片特性時(shí)，殘壓升高，保護(hù)功能減弱。中性點(diǎn)在經(jīng)過(guò)消弧線圈時(shí)形成弧光接地電壓，諧振過(guò)電壓使電壓時(shí)間延長(zhǎng)，避雷器的負(fù)載功能無(wú)法限制這種電壓。避雷器降低了降壓功能，沒(méi)有了降壓的優(yōu)勢(shì)，不利于避雷器的推廣應(yīng)用。

1.2 UPS中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地問(wèn)題。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，我國(guó)有三個(gè)指標(biāo)判斷供電高低：少量供電、停電持續(xù)時(shí)間、停電頻率。這些指標(biāo)涉及到很多因素，不僅有外部的故障停電，還有內(nèi)部的計(jì)劃停電。以下因素影響10kV配電網(wǎng)供電的可靠性：設(shè)備老化、用戶影響、氣候因素等，不同類型的UPS中性接地會(huì)影響到10kV配電可靠性，這些故障因素不同程度的增加故障記錄，UPS中性接地點(diǎn)在經(jīng)過(guò)小電阻接地和經(jīng)過(guò)消弧線圈接地是是不同的。如果出現(xiàn)了單相故障，電流經(jīng)過(guò)消弧線圈的時(shí)內(nèi)部的殘余電流會(huì)自行熄滅，從而消除故障。如果出現(xiàn)了永久故障，系統(tǒng)中性點(diǎn)連接狀態(tài)下能繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，利用有效時(shí)間消除故障，為用戶提供充足的供電。外力破壞導(dǎo)致電纜故障，絕緣體老化是永久性故障，故障發(fā)生時(shí)，不能帶原有故障運(yùn)行。單相接地造成故障加大，停電的范圍變廣，在線路短路情況下，母路短路相當(dāng)于變壓器出口短路，降低了變壓器抗短路能力，變壓器容易損壞。

2 UPS中性點(diǎn)接地方案

2.1 UPS中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方案。采用電阻接地方案是為了給故障點(diǎn)注入阻性電流，其電阻分量電流為電容分量電流的1.05～1.1倍?？梢园压收想娏髡{(diào)整適當(dāng)，提高繼電保護(hù)靈敏度，同時(shí)使故障點(diǎn)僅可能發(fā)生局部輕微損傷，電壓限制到正常相對(duì)中性點(diǎn)電壓的2.6倍，防止弧光過(guò)電壓損壞主設(shè)備，同時(shí)對(duì)鐵磁諧振過(guò)電壓有顯著作用。理論上，接地電阻越小，接觸電壓和跨步電壓就越低，對(duì)人身越安全。但要求接地電阻越小，則人工接地裝置的投資也就越大，而且在土壤電阻率較高的地區(qū)不易做到。在實(shí)踐中，可利用埋設(shè)在地下的各種金屬管道、電纜金屬外皮以及建筑物的地下金屬結(jié)構(gòu)等作為自然接地體。由于人工接地裝置與自然接地體是并聯(lián)關(guān)系，從而可減小人工接地裝置的接地電阻，減少工程投資。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)出現(xiàn)的短路電流瞬間變大，故障點(diǎn)電壓過(guò)高，有可能產(chǎn)生跨步電壓，允許值低于接觸電壓。在電阻選擇過(guò)程中要充分考慮多種因素，包括：短路過(guò)程中的電流核算，接觸電壓的合理范圍，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的長(zhǎng)短，地網(wǎng)接地電阻。如果不采用電阻接地的方式容易形成跨步電壓，從而使接觸電壓過(guò)高，給人身財(cái)產(chǎn)帶來(lái)危害。采用中性接地方式時(shí)要選取合理電阻值，電阻值的選取要嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)部門的有關(guān)規(guī)定。綜合考慮多方面的因素，包括：保護(hù)繼電的靈敏度，考慮過(guò)電壓的倍數(shù)，以及人身安全。高阻接地發(fā)生單相電路故障時(shí)，允許帶故障設(shè)備運(yùn)行，故障電路的電流控制在合理的范圍：一般為10A。接地電阻的選取也有合理的范圍：一般為Xc>或=R0，和R0>或=U￠/10A，Xc是系統(tǒng)相對(duì)地抗容。中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)高阻接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高，所以根據(jù)電壓考慮電氣設(shè)備對(duì)地的絕緣。低電阻接地系統(tǒng)非故障相不存在電壓升高的問(wèn)題，因此電氣設(shè)備對(duì)地的絕緣水平只需按相電壓考慮。中性線接地電阻要小于4歐姆，因?yàn)?，?dāng)三相電流不平衡時(shí)，不平衡電流全降落在中性線上，不平衡過(guò)大導(dǎo)致中性線產(chǎn)生較大壓差。如果電阻過(guò)大，不能順利接地，觸到中性接地線時(shí)容易發(fā)生觸電危險(xiǎn)。中性線是入戶的零線，零線產(chǎn)生不安全電流很危險(xiǎn)。所以，變壓器安裝時(shí)，避雷器的接地、變壓器外殼、變壓器中性線必須用大于35平方的導(dǎo)線可靠接地，接地電阻必須小于4歐姆。

2.2 UPS中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方案。小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地點(diǎn)通過(guò)接地故障線路時(shí)，對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)電網(wǎng)的全部對(duì)地電容電流。如果電容電流大，就會(huì)產(chǎn)生間歇性電弧，形成過(guò)電壓，增加了非故障相對(duì)地電壓。在電弧接地過(guò)電壓的作用下，可能導(dǎo)致絕緣損壞，造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)的接地短路，使事故擴(kuò)大。采取的措施是：當(dāng)小電流接地系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果接地電容電流超過(guò)一定數(shù)值，就在中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流補(bǔ)償接地故障時(shí)的容性電流， 減少接地故障點(diǎn)電流，提高自動(dòng)熄弧能力，保證繼續(xù)供電。60kV以下線路容易發(fā)生單相接地，為了減少停電，采用中性點(diǎn)非直接接地的小電流接地方式。這樣即使發(fā)生頻繁接地也不致于頻繁跳閘。當(dāng)系統(tǒng)較小時(shí)，單相接地電流很小，但是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，單相接地時(shí)的電容電流仍具備一定的危害性，所以在接地電流超過(guò)10安培的小電流接地系統(tǒng)中，在中性點(diǎn)加裝消弧線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地，中性點(diǎn)就會(huì)位移產(chǎn)生電壓，消弧線圈就會(huì)產(chǎn)生感性電流，這個(gè)感性電流可以抵削接地點(diǎn)的容性電流，減小單相接地電流的破壞性。這就是采用消弧線圈的道理。

3 結(jié)束語(yǔ)

論文針對(duì)不間斷電源系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，對(duì)UPS中性點(diǎn)接地問(wèn)題進(jìn)行了分析，并總結(jié)出適合工程應(yīng)用的接地方案[2]。UPS中性點(diǎn)接地存在許多問(wèn)題，需要制定接地方案解決這些問(wèn)題。中性點(diǎn)接地關(guān)乎著電力安全的運(yùn)行。經(jīng)消弧線圈接地方式多用于35kV及以下的系統(tǒng)，需要較高的絕緣。UPS中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地可以消除單相弧光接地故障。UPS中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時(shí)電阻必須小于4歐姆，降低了接觸電壓和跨步電壓，提高人身安全。以上只是筆者的一些見(jiàn)解，希望對(duì)電力行業(yè)從業(yè)人員提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]許穎.電力網(wǎng)中性點(diǎn)接地問(wèn)題[J].電網(wǎng)技術(shù)，1991（03）：90-93.

[2]程靖，楊芳.不間斷電源系統(tǒng)（UPS）接地問(wèn)題的分析[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2013（04）：127-129.