220kV主變中性點(diǎn)由經(jīng)消弧線圈接地改為經(jīng)電阻接地方式的研究

秦佳偉 邢艷榮

（1.內(nèi)蒙古君正能源化工股份有限公司 熱電廠，內(nèi)蒙古 烏海016000；2.烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏海016000）

配電網(wǎng)中10kV、35kV、66kV 三個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)，在電力系統(tǒng)中量大面廣，占有重要的地位。 在過(guò)去，由于配電網(wǎng)比較小，主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地（非直接接地電力系統(tǒng)），一般來(lái)說(shuō)運(yùn)行情況是良好的，在80 年代中后期，有些配電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用了經(jīng)低電阻接地或高電阻接地方式。

中性點(diǎn)非直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障占系統(tǒng)總故障的80%以上。由于發(fā)生單相接地后流過(guò)故障點(diǎn)的接地電流較小,而且三相之間的線電壓保持不變,對(duì)負(fù)荷供電沒(méi)有影響,因此允許繼續(xù)運(yùn)行1～2個(gè)小時(shí)而不必迅速跳閘。電力行業(yè)規(guī)定當(dāng)單相接地電容電流大于10A時(shí),變壓器中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，以減小單相接地時(shí)電容電流。

但在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈運(yùn)行的變電站運(yùn)行情況并不理想。 某變電站站自2012 年6 月投運(yùn)以來(lái)，共發(fā)生兩起35kV 饋線電纜單相接地故障，全部由單相接地引發(fā)為相間短路。 2012 年10 月29日，#1 電石爐C 相電纜接地，8 分鐘后發(fā)展為相間短路故障， 保護(hù)跳閘。 2013 年6 月16 日，#3 電石爐電纜C 相單相接地，10 分鐘后發(fā)展為相間短路故障，保護(hù)跳閘。由于A、C 相間短路故障使A、C 相母線電壓瞬間降為零，由于系統(tǒng)低壓造成PVC 項(xiàng)目設(shè)備設(shè)備停運(yùn)。 為保證全廠設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，現(xiàn)提出變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方案。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地原理：

圖1

變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地就是在中性點(diǎn)和大地之間接入一個(gè)電感消弧線圈，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，利用消弧線圈的電感電流補(bǔ)償線路接地的電容電流，使得接地點(diǎn)殘流減少到5A 以下，減緩電弧熄滅瞬時(shí)故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度，使流過(guò)接地點(diǎn)的電流減小到能自行熄滅的范圍，它的特點(diǎn)在線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，可按規(guī)程規(guī)定滿足電網(wǎng)帶單相接地故障運(yùn)行2h， 因而中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式大大提高了供電可靠性。但由于弧線圈不能徹底消除間歇接地電弧過(guò)電壓，所以當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地弧光過(guò)電壓易造成相間短路，嚴(yán)得影響的電氣設(shè)備及電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行。

小電阻接地原理：

圖2 與變壓器連接的電阻器接線圖

在電纜供電的系統(tǒng)中，接地電容電流較大。 當(dāng)電流大于規(guī)定值時(shí)會(huì)產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓。采用中性點(diǎn)電阻接地方式的目的就是給故障點(diǎn)注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質(zhì)，減小與電壓的相位差，降低故障點(diǎn)電流過(guò)零熄弧后的重燃率， 使過(guò)電壓限制在相電壓的2.6倍以內(nèi)，提高繼電保護(hù)的靈敏度作用于跳閘，從而有效保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

采用的中性點(diǎn)不接地方式和規(guī)程規(guī)定的電阻接地方式做如下的技術(shù)比較，可進(jìn)一步明示兩種接地方式的優(yōu)劣：

（1）間歇性弧光接地過(guò)電壓方面

不接地方式：發(fā)生單相接地時(shí)，因?yàn)榻拥仉娙蓦娏鞔螅車h(huán)境游離嚴(yán)重，在電容電流過(guò)零熄弧時(shí)，接地點(diǎn)的恢復(fù)電壓將為電源電壓的峰值而重燃。每半個(gè)周波10ms 會(huì)有一次過(guò)零熄弧再重燃的過(guò)程。多次的重燃振蕩都是線路電容充電，電子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程將使線路產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，達(dá)3.5 倍相電壓甚至更高，并波及到電氣連接的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 不接地方式在這種情況發(fā)生時(shí)并不跳閘排除故障，避雷器和其他保護(hù)設(shè)備保護(hù)不了這種過(guò)電壓，往往導(dǎo)致事故擴(kuò)大。 “4.29”事故正式由此而引發(fā)的。

電阻接地方式：發(fā)生單相接地時(shí)立即跳閘，排除故障。跳閘前因?yàn)榻拥攸c(diǎn)的電流已注入一定數(shù)量的阻性電流，改變了接地電容與電壓的相位關(guān)系，不再是90°，而會(huì)在45°以下，也不會(huì)有重燃現(xiàn)象發(fā)生。

（2）保護(hù)靈敏度方面

不接地方式：采用小電流選線裝置探測(cè)接地線路，但因?yàn)闇?zhǔn)確率很低，往往不能準(zhǔn)確探明故障線路，延誤處理事故的時(shí)間。

電阻接地方式：采用零序電流互感器，有效地探測(cè)到故障線路，并立即跳閘，排除故障，防止事故擴(kuò)大。

（3）諧振過(guò)電壓方面

不接地方式：?jiǎn)蜗嘟拥匕l(fā)生時(shí)不跳閘，非故障相電壓升高，或者運(yùn)行電壓隨負(fù)荷變動(dòng)而波動(dòng)，都容易使電磁式電壓互感器飽和。 伏安特性呈非線性，極易使電網(wǎng)的綜合感抗和電網(wǎng)的綜合容抗匹配，發(fā)生鐵磁諧振。 貴公司多次發(fā)生過(guò)電壓互感器熔斷器熔斷，說(shuō)明曾發(fā)生生過(guò)這種過(guò)電壓。 它持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)電壓幅值高，能量大，也不是避雷器或者其他保護(hù)設(shè)備所能保護(hù)，所能承受的。一般多用改變操作方式，在零序回路加阻尼電阻等，防止或阻尼這種過(guò)電壓。 在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈的接地方式的電網(wǎng)中，這種諧振過(guò)電壓屢見不鮮。

電阻接地方式：電阻接在中性點(diǎn)上是在零序回路中，本身就有抑制諧振過(guò)電壓的作用。 更何況單相接地發(fā)生時(shí)也會(huì)立即跳閘，根除了出現(xiàn)諧振的源頭。

（4）設(shè)備絕緣水平方面

不接地方式：工頻過(guò)電壓高，單相接地時(shí)達(dá)1.73 倍，操作統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓高，達(dá)3.5 倍。 這使得保護(hù)設(shè)備的保護(hù)水平也隨之升高，導(dǎo)致變壓器、開關(guān)等電氣設(shè)備和電纜等的絕緣水平也要求高。 例如10kV 工頻一分鐘耐壓要求為42kV，電纜要求全絕緣。

電阻接地方式：工頻過(guò)電壓僅1.3～1.4 倍，操作過(guò)電壓僅2.5 倍。10kV 開關(guān)工頻一分鐘耐壓可用28kV，三芯電纜可用半絕緣。

（5）供電可靠性方面

不接地方式：?jiǎn)蜗嘟拥夭惶l，不中斷供電，連續(xù)性高。 但這是指接地電容電流小于10A 的網(wǎng)絡(luò)。 對(duì)于大于10A 的網(wǎng)絡(luò)，更易因延燒而釀成大禍。

電阻接地方式：?jiǎn)蜗嘟拥匾l的，亦會(huì)中斷故障線路的供電。

通過(guò)分析，原變電站全部為電纜出線，電纜或電纜頭的接地故障遠(yuǎn)比架空網(wǎng)絡(luò)要少；再者，其故障多為永久性故障，不能自行恢復(fù)，只能迅速切除而不能等待才為上策。將原有變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地改為經(jīng)電阻接地方式， 可快速將故障線路避免事故擴(kuò)大，從而保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于重要的一級(jí)負(fù)荷，可以雙路供電，采用備用自動(dòng)投入裝置，保證可靠供電。

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