工廠電力系統大電纜配電系統中性點接地方式與供電可靠性

【摘要】供電系統的安全運行對工業企業及大型企業來說是非常重要的，供電的可靠性、連續性和安全性要求是非常高的。因此，對大型企業電力系統電纜配電系統中的中性點接地方式和供電可靠性的可靠性進行了研究。

【關鍵詞】工廠供電；中性點；接地方式

1、電力系統中性點接地方式

我國工廠電力系統廣泛采用的中性點接地方式主要有不接地，經消弧線圈接地及直接接地三種。根據主要運行特征，可將其接地方式歸結為兩大類，即：

1.1 非有效接地系統或小接地電流系統

包括中性點不接地，經消弧線圈接地，以及經高阻抗接地的系統。通常這類系統的零序電抗X0與正序電抗X1的比值大于3，零序電阻R0與正序電抗X1比值大于1，即X0/X1>3，R0/X0>1。當發生單相接地故障時，接地電流倍限制到較小數值，非故障相的對地穩態電壓可能達到線電壓。

1.2 有效接地系統或大接地電流系統

包括中性點直接接地和低阻抗接地的系統。通常這類系統有X0/X1≤3，R0/X0≤1。當發生單相接地故障時，接地電流有較大數值，非故障相的對地穩態電壓不超過線電壓的80%。工廠電力系統中性點接地方式是一個涉及短路電流大小、供電可靠性、電壓和絕緣配合、繼電保護及自動裝置的配置和運行條件，系統運行穩定，通信干擾等綜合技術問題。

2、性點不接地系統存在的問題

中性點不接地又叫做中性點絕緣。在中性點不接地的電力系統中，中性點對地的電位是不固定的，在不同的情況下，他可能具有不同的數值。中性點的電位偏移稱為中性點位移。中性點位移的程度，對工廠電力系統的絕緣的運行條件來說是至關重要的。

2.1 在進行單相接地的過程中，由于避雷器長時間在工頻過電壓的狀態下運行，非常容易引起損壞，甚至可能導致爆炸。目前，為了預防爆炸事故的出現，通常是通過對避雷器運行電壓進行提升的方式來進行處理，但這種方法不僅成分高，同時本質上并未實現對問題的解決，為此這種接地方式并不利于無間隙氧化鋅避雷器的運用。

2.2 在出現中性點不接地，電網出現單相接地的情況下，勢必會致使系統內部過電壓水平因此升高，甚至電壓還可能達到3.5-4.0倍相電壓，所持續的時間越長，而一些全封閉組合和電纜的電氣絕緣水平相對較低。

一些進口的設備與我國內相同等級的設備相比，其絕緣水平明顯較低，例如：40kV真空斷路器，進口設備的工頻交流試驗標準大多數是70kV，而我國同層級別的設備其標準往往為95kV。針對這些設備一旦出現擊穿就很難對其進行有效修復，為此，在出現單相接地故障時，并不建議繼續進行運轉。

2.3 由于大量使用電纜，故并不適合通過中性點不接地系統的方式來保證供電。通常這種中性點在不接地的系統中，當變壓器高壓線圈出現接地、電網突變以及系統出現弧光接地故障或者接地故障的情況下，都非常容易導致系統因此出現過電壓。

針對空載勵磁特性相對較差的電壓互感器，在出現過電壓的情況下，由于勵磁電流出現劇烈增加，必然會致使高壓熔斷器因此出現熔斷現象，甚至還可能導致電壓互感器因此出現燒毀現象，若不無法對其進行科學合理的保護或者有效的處理，勢必會引起全廠性事故。

3、中性點直接接地系統存在的主要問題

3.1 防止中性點電位變化及其電壓升高的根本辦法是，把中性點直接接地。中性點直接接地發生單相接地故障時，其短路電流將引起機電保護裝置的動作，迅速將故障部分切除，大大縮短延續時間，有效地防止單相接地時產生間歇電弧過電壓及發展為多相短路的可能性。

因而，這種系統的最大長期工作電壓為運行相電壓。即，采用中性點直接接地方式可以克服中性點非有效接地方式所存在的缺點。但是，由于發生單相接地時要切斷供電，這將影響工廠供電的可靠性，特別是對于大型企業，對生產的影響尤為重大，為了彌補這個缺點，有些工廠在線路上廣泛的采用了自動重合閘裝置。

此外，較大的單相接地電流將加重斷路器的工作條件，并可能使設備遭到嚴重損壞；同時，單相接地電流將產生單相磁場，從而對附近的銅芯線路和信號裝置產生電磁干擾。為了避免這種干擾，應使輸電線路遠離通信線路，或在弱電線路上采用特殊的屏蔽裝置。這些措施將在一定程度上使線路的造價增加。

3.2 為了進一步限制單相接地電流，減少接地裝置的投資，通常只將電網中一部分變壓器的中性點直接接地。我國110kV中性點直接接地系統中的變壓器是沿用蘇聯標準，采用分級絕緣，中性點的絕緣水平為35kV級絕緣。

這些變壓器的中性點僅用相應電壓等級的普通避雷器作為大氣過電壓保護，多年來由于非大氣過電壓原因使避雷器動作而不能滅弧引起爆炸或損壞者不少，有的甚至造成事故。

因此，目前所用的保護方式已不能保證系統和變壓器的安全運行。這種分級絕緣變壓器中性點的絕緣水平和保護方式是制造部門與使用部門之河長期爭論不休的問題，并作為一個技術課題進行研究。

為解決現場急需，我們用非標準組合避雷器和加大附加雜散電容來改變組合避雷器的沖擊系數，以彌補以前所采用間隙和避雷器并聯難以配合的缺陷，基本上能達到避雷器有足夠的滅弧電壓，使間隙與避雷器能協調工作。

4、中性點經消弧線圈接地系統存在的主要問題

4.1 如果采用欠補償方式，當運行中電網的部分線路因故障或其他原因被斷開時，對地電容減小，而容抗增大，即可能接近或變成全補償方式，從而使中性點出現不允許的過電壓；同時，欠補償電流（IC-IL）可能接近或等于零，當小于接地保護的起動電流時，不能使接地保護可靠地動作。另外，電網非全相斷線或分相操作時，電網的綜合對地電容值會有所減小，欠補償電網也有可能出現很大的中性點位移。

4.2 欠補償電網在正常操作下，如果三相不對稱度比較大，可能會發生數值很大的鐵磁諧振過電壓。這種過電壓是因欠補償的消弧線圈L線和線路電容3C的發生鐵磁諧振造成的， 它將威脅電網的絕緣。過補償方式則可以完全避免發生鐵磁諧振現象。

4.3 在電網發展，對地電容增大時，容抗減小。采用欠補償方式，當然仍滿足欠補償條件，但必須立即增加補償容量；而采用過補償方式，消弧線圈仍應付一段時期，至多由過補償轉變為欠補償運行而已。

4.4 系統頻率w變動對兩種補償方式的影響不同。當w降低時，欠補償方式脫諧度的絕對值減小，中性點位移電壓增大；而過補償方式脫諧度的絕對值增大，中性點位移電壓減小。當w升高時，情況相反。但系統中的頻率降低比升高的機會多得多。（下轉第頁）

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所以，一般系統采用過補償為主的運行方式，只有當消弧線圈容量暫時跟不上系統的發展，或部分消弧線圈需進行檢修等特定情況下，才允許短時間以欠補償方式運行。對于中性點經消弧線圈接地方式還存在如下問題：

4.4.1 要非常準確地對接地故障進行有效判斷，這勢必具有較大的難度，盡管隨著科學技術的發展，大量微型裝置的靈敏度得到了顯著提升，較好的發揮了保護作用，但這與預期效果卻相差甚遠。

4.4.2 盡管目前自動調諧、自動追蹤等智能型消弧線圈已經得到了全面推廣應用，但當系統出現單相接地的情況下，由于無法及時調整消弧線圈，若此時無法及時檢測出裝置是否出現故障，就不得不通過線路故障點查找的方式來進行判斷。

針對母線結線相對較為復雜、出線回路數也非常多的配電網，查找故障的時間可能很長，在查找過程中會出現過補償或欠補償超過允許值的情況，從而導致弧光復燃的反復出現，并因此過電壓現象，致使周圍的電纜均遭到破壞，甚至可能致使事故范圍因此不斷擴散。

5、大型企業配電網中性點經電阻接地方式的可行性

5.1 中性點電阻接地方法可以解決單相接地過電壓的問題

相關數據顯示，當電阻電流和故障點電容電流相類似或略大于電容電流時，可以有效控制弧光接地過電壓的幅值，并有利于繼電保護。

5.2 供電可靠性

運用電阻進行接地的過程中，在出現單相接地故障的情況下，就會迅速通過跳閘的方式來應對，使得用戶供電連續性因此受到中斷。但通過石化系統配電網，其與以往的樹形系統或者輻射系統均有明顯的差異，其屬于雙電源供電系統。為此，在該情況下，使得供電的可靠性不再是通過單相接地故障發生后單純地運行幾個小時來進行保障，而是通過短時間停電重啟或者BZT裝置來對其進行有效保護。

短暫停電重啟技術是一種目前應用較廣的配電網技術，其在確保石化裝置保持連續穩定運行上具有非常重要的作用。

BZT裝置同樣作為保證供電可靠性的重要手段，在配網中，石化系統基本上是百分之百的使用，具有非常顯著的成效，與此同時，還可在石化系統配電網中積極運用“智能型快速切換裝置”，其也有助于提升供電企業的供電可靠性。

除此之外，結合電纜配電網的運行經驗，在出現單相接地時，非常容易引起多種短路事故。并且在單相接地故障的發生時，也非常容易致使電纜內部因此出現相間短路情況。因電纜故障大多數屬于永久性故障，為此，在出現故障時必須盡快將其切除，不建議長時間在單相狀態繼續運轉。而從這方面來說，電阻接地的方式也更佳。

6、結語

對于工廠供電系統中性點接地方式的選擇涉及到供電系統的可靠性。所以要根據系統的電壓等級有效合理的選擇接地方式，以確保供電系統的安全可靠穩定運行。

參考文獻：

[1]侯聚林；工廠電力系統大電纜配電系統中性點接地方式與供電可靠性[J]數字化用戶2013年06期