10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不同接地方式的研究

王昱丹 文華學(xué)院機(jī)電學(xué)部

1 引言

在電力系統(tǒng)的發(fā)展的初期，我國采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障，因?yàn)橹行渣c(diǎn)不接地，沒有形成回路，其接地點(diǎn)的電流都不會很大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相短路后，故障相的相電壓變?yōu)?。非故障相電壓提升為線電壓，因?yàn)榫€電壓對稱，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行一段時間，但是這種運(yùn)行狀態(tài)不能持久，為了防止舊設(shè)備的擊穿、新設(shè)備被老化，需要進(jìn)行更高的絕緣預(yù)防。上世紀(jì)80年代，我國開始研究中性點(diǎn)低電阻接地方式，有部分變電站考慮到10kv設(shè)備絕緣水平較低，中性點(diǎn)開始采用了經(jīng)低電阻接地方式。由于電纜的絕緣性能良好，在城市10kv的配電網(wǎng)中得到大范圍的使用。上世紀(jì)90年代中期開始了對電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻的接地方式的改造工程，中性點(diǎn)接地方式主要分為：大電流接地系統(tǒng)以及小電流接地系統(tǒng)。大電流接地系統(tǒng)包括中性點(diǎn)直接接地和經(jīng)小電阻接地；小電流接地系統(tǒng)包括不接地和經(jīng)消弧線圈接地。本文主要針對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地兩種接地方式進(jìn)行仿真研究。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地仿真及研究

2.1 原理介紹

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生故障后短路電流超過固定的值，就有可能產(chǎn)生斷續(xù)電弧，需要安裝消弧線圈來產(chǎn)生感性電流補(bǔ)償電容電流，讓補(bǔ)償后的殘余電流變得很小，不能夠維持電弧，從而會自行熄滅。

消弧線圈有三個補(bǔ)償方式：全補(bǔ)償，過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償。

2.2 仿真研究

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，此時流過故障點(diǎn)的電流由為所有非故障相電容電流之和。

圖1單相短路情況下的電壓波形

圖2 單相短路情況下的電流波形

因?yàn)殡娎|性能良好，電纜使用的比重在配電網(wǎng)中越來越大，所以導(dǎo)致電力系統(tǒng)中電容電流的急劇上升，雖然消弧線圈在設(shè)計的時候留了一些裕度，但是并不能完全解決問題。電容電流增加從而使線路發(fā)生故障時產(chǎn)生的過電壓也就變大，對于這樣一種上升的趨勢，隨著時間的增長逐漸老化，不能夠承受相應(yīng)的線電壓的舊設(shè)備甚至于有可能被擊穿。對新的用電設(shè)備來說，設(shè)備絕緣沒有問題，允許帶接地故障運(yùn)行2小時，但是這種方式有可能加速了設(shè)備材料老化，同時也降低了設(shè)備的使用壽命。最終決定采用起中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。

3 中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地仿真及研究

3.1 原理介紹

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時，接地電阻可以快速消耗單相接地故障時線路中的殘余電荷，降低了電弧電流，加速了電弧的熄滅，從而降低過電壓。

3.2 仿真研究

圖3 單相接地情況下的電壓波形

圖4 單相接地情況下的電流波形

由上圖仿真可知，不同的接地電阻使故障電流保持在一定范圍內(nèi)從而使繼電保護(hù)正確動作是我們需要考量和研究的重點(diǎn)。以下是以10KV變電站為例做的接地電阻不同阻值的分析。

表1 不同故障點(diǎn)電阻實(shí)驗(yàn)表

當(dāng)接地電阻變大時，健全相電壓、中性點(diǎn)電壓及接地故障電流會越來越小。我們需要考慮最危險的狀態(tài)既當(dāng)故障點(diǎn)接地電阻為0.5時在情況下，假定故障處的接地電阻為0.5 ，在此基礎(chǔ)上分析中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地處小電阻數(shù)值的選取。

表2 不同接地電阻分析表

從表2中可以發(fā)現(xiàn)：

(1)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，電阻值越大，線路過電壓 就越大。，如果希望過電壓較小，就應(yīng)該使電阻值變小。

(2)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，R值越大， 越大，變壓器中性點(diǎn)的絕緣耐受水平就要求越高，絕緣成本增加。

(3)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，R值越大，I越小。I的大小與繼電保護(hù)，通信干擾以及人身安全問題有關(guān)。接地故障電流I 越大，零序電流保護(hù)的靈敏度就越高，保護(hù)的正確動作率也越高。因而在接地故障電流小于0.7KA的范圍內(nèi)，認(rèn)為接地故障電流越大越有利，也就是電阻阻值越小越有利。

(4)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，隨著R的減小，I的大小隨運(yùn)行方式的變化趨勢相對平緩，即較小的R值對系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化及電網(wǎng)發(fā)展的適應(yīng)性更強(qiáng)。因此選取中性點(diǎn)接地電阻R時，阻值不宜過大。

因此，為了限制過電壓、短路電流、通信干擾，我們需要采用較小的電阻值。

4 結(jié)束語

(1）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地采用全補(bǔ)償容易產(chǎn)生諧振過電壓，雖然也會有弧光過電壓，但是時間較短，而且消弧線圈中的感性電流能減小容性電流，使電弧自行熄滅，減小弧光過電壓的危害。

(2）使用中性點(diǎn)不接地的接地方式有可能會產(chǎn)生斷續(xù)電弧接地過電壓，但是在發(fā)生單相接地故障時能夠運(yùn)行一段時間。

(3）中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的接地方式可以消耗掉線路的殘余電壓，保持線路的電壓在正常電壓范圍之內(nèi)。同時可以限制接地的電流，由于流過故障線路的電流比不接地系統(tǒng)較大，使得零序過流保護(hù)有較好的靈敏度。使線路在發(fā)生故障時保護(hù)裝置能迅速動作。

綜上所述，各種接地方式應(yīng)該靈活運(yùn)用，不能隨意為之，要符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)情，選擇最合適的接地方式。