中性點(diǎn)接地方式對供電可靠性的影響分析

李娟

摘要：電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式與電壓等級、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、絕緣水平、供電可靠性等等方面都有很大的關(guān)系，是一個(gè)涉及面很廣泛的綜合性技術(shù)課題。中性點(diǎn)接地方式的選擇直接影響著配電網(wǎng)的運(yùn)行，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況和發(fā)展方向選擇不同的接地方式變得非常重要。文章對各種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的發(fā)展情況提出了自己的見解，為配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式的選擇提供了依據(jù)。本文分析中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式現(xiàn)狀及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);中性點(diǎn)接地方式;配電網(wǎng)

1.中性點(diǎn)接地方式影響供電可靠性的因素

接地方式?jīng)Q定單相接地故障的處理過程，其對供電可靠性的影響歸根到底是對單相接地故障下的長時(shí)和短時(shí)停電次數(shù)、單次長時(shí)停電時(shí)間、單次長時(shí)和短時(shí)停電用戶數(shù)的影響。

1.1對停電次數(shù)的影響

1.1.1對長時(shí)停電次數(shù)的影響

對于架空網(wǎng)絡(luò)，無論小電阻或是小電流接地方式，僅永久性故障導(dǎo)致長時(shí)停電。對于電纜網(wǎng)絡(luò)，小電阻接地方式下，重合閘是否投入存在爭議。若投入，僅永久性故障導(dǎo)致長時(shí)停電;若不投入，瞬時(shí)性、永久性故障均會(huì)導(dǎo)致長時(shí)停電。小電流接地方式下，僅永久性故障導(dǎo)致長時(shí)停電。

此外，線路永久性故障除導(dǎo)致自身長時(shí)停電之外，還會(huì)通過故障過電壓或電弧火災(zāi)擴(kuò)展致正常線路長時(shí)停電。2類擴(kuò)展對配電線路的影響具有隨機(jī)性和不確定性，相互獨(dú)立。對于架空網(wǎng)絡(luò)，小電阻接地方式下，過電壓幅值較小、持續(xù)時(shí)間短，可近似認(rèn)為過電壓擴(kuò)展率為0;而小電流接地方式下，過電壓幅值大、持續(xù)時(shí)間長，易引發(fā)過電壓事故擴(kuò)展。考慮到架空線路距離比較遠(yuǎn)，小電流接地、小電阻接地方式下的電弧火災(zāi)擴(kuò)展概率均可近似為0。

對于電纜網(wǎng)絡(luò)，電纜線路同溝鋪設(shè)，小電阻接地方式下，過電壓幅值較小，故障電流持續(xù)時(shí)間很短，可近似認(rèn)為電弧火災(zāi)和過電壓擴(kuò)展率為0。小電流接地方式下，過電壓幅值大、持續(xù)時(shí)間長，易引發(fā)過電壓事故;若電纜溝內(nèi)某條電纜接地且長時(shí)間不能熄弧，易引發(fā)電弧火災(zāi)擴(kuò)展。

1.1.2對短時(shí)停電次數(shù)的影響

中性點(diǎn)小電阻接地方式架空網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生永久性故障時(shí)，故障線路在短時(shí)停電（對應(yīng)保護(hù)首次動(dòng)作）后立即伴隨長時(shí)停電（重合不成功），可記作1次長時(shí)停電。即僅瞬時(shí)性故障導(dǎo)致故障線路短時(shí)停電。中性點(diǎn)小電阻接地方式電纜網(wǎng)絡(luò)，重合閘投入，則同上，僅瞬時(shí)性故障導(dǎo)致短時(shí)停電;若重合閘不投入，則無短時(shí)停電。中性點(diǎn)小電流接地方式架空、電纜網(wǎng)絡(luò)中，瞬時(shí)性故障自行消失，不會(huì)導(dǎo)致任何線路短時(shí)停電。但發(fā)生永久性單相接地故障且自動(dòng)選線裝置選線失敗時(shí)，需通過人工試?yán)反_定故障線路，理論上，將會(huì)導(dǎo)致同母線近似一半非故障線路短時(shí)停電。

2.配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式

2.1中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

將中性點(diǎn)直接與地連接的電力系統(tǒng)，稱為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中性點(diǎn)的電位固定為地電位，當(dāng)某一相由于對地絕緣損壞造成接地時(shí)，便造成單相短路。由于中性點(diǎn)的電位被固定為零，因而相對地的絕緣水平?jīng)Q定于相電壓，這就大大降低了電力網(wǎng)的造價(jià)，電壓等級越高其經(jīng)濟(jì)效益越顯著，這是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)，短路電流很大，危害嚴(yán)重，故障線路不能繼續(xù)運(yùn)行，并在繼電保護(hù)作用下，故障線路被切除，而實(shí)際上電網(wǎng)的絕大部分故障是單相接地故障，其中瞬時(shí)性故障又占有很大比例，這些故障都會(huì)引起供電中斷，大大影響供電可靠性，這是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)。目前我國電壓為110kV系統(tǒng)中大都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，低壓380/220V三相四線制配網(wǎng)也采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。

2.2中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，即在中性點(diǎn)與大地之間串聯(lián)接入一定阻值的電阻。在中性點(diǎn)接入一電阻器后，泄放燃弧后半波的能量，中性點(diǎn)電位降低，故障相的恢復(fù)電壓上升速度也減慢從而減少電弧重燃的可能性，抑制電網(wǎng)過電壓的幅值，這就是電阻接地的特點(diǎn)。該方式可認(rèn)為是介于中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)直接接地之間的一種接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地與中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地相比較，可以有效地防止間歇性弧光接地過電壓和諧振過電壓。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過流過接地電阻的電流來啟動(dòng)零序保護(hù)動(dòng)作，從系統(tǒng)中切除故障線路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，健全相的電壓升幅較小或不升高，不會(huì)像中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓升高為線電壓。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流較大，零序保護(hù)動(dòng)作，易切除故障線路。電阻接地方式缺點(diǎn)是，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相故障時(shí)，無論故障是永久性還是非永久性，線路均跳閘，線路跳閘次數(shù)大大增加，供電可靠性下降;當(dāng)單相故障時(shí)，接地電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作失靈，接地點(diǎn)附近的電氣設(shè)備受到動(dòng)熱穩(wěn)定的考驗(yàn)，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞而發(fā)展成為相間故障;當(dāng)架空絕緣導(dǎo)線斷線，裸導(dǎo)線斷線接觸的是沙礫、瀝青、混凝土等干燥地面時(shí)，由于接地電流小，繼電保護(hù)不動(dòng)作，可能會(huì)釀成嚴(yán)重的人身傷亡事故。

3.中性點(diǎn)接阻值大小對配電網(wǎng)可靠性的影響

3.1電阻接地的阻值選擇

在《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)條例》（SDJ8～79）中對接地電阻有明確規(guī)定，一般<0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)接地需要做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上不合理的時(shí)候，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻允許達(dá)到5Ω，但應(yīng)采取措施，如檢查接觸電勢、跨步電壓等。根據(jù)規(guī)則，主要是在發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位上升不超過2000v進(jìn)行控制，再次與接地電阻<0.5Ω和5Ω進(jìn)行對其要求。人們普遍認(rèn)為，在110kv變電站當(dāng)中，接地電阻<0.5Ω認(rèn)為是合格的，當(dāng)其>0.5Ω是不合格的，無論短路電流時(shí)多么的大都不需要采取任何措施，這是不合理的。

3.2高電阻接地

高阻接地方式來是以限制單相接地故障電流為目的，并能防止和阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，主要用于超過200MW以上的大型發(fā)電機(jī)回路和一些6-10千伏電網(wǎng)。接地方式看起來和消弧線圈接地方式相似，但其性質(zhì)是不相同的，消弧線圈接近開路的純感性元件，感性電流和電容電流相位差1800，對電容電流起到了補(bǔ)償效應(yīng);而經(jīng)高阻接地方式是以電阻為主，與電容電流接近900的相位差，接地點(diǎn)電流是容性電流和電阻性電流的矢量和。

從分析中可以看出，它具有消弧線圈接地方法不具備優(yōu)勢，因?yàn)榻拥仉娏髦械妮^大的電阻分量，它具有明顯的振蕩阻尼和加速衰減的效果;同時(shí)可以避免出現(xiàn)諧振條件，但也可以有效地抑制電壓互感器鐵磁諧振，保證發(fā)電機(jī)絕緣安全是非常重要的;另外，這種方式可以快速選出接地相，會(huì)有保護(hù)和示警的功能。

3.3低電阻接地方式

配電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方法曾經(jīng)在上海、廣州、珠海等城市的配電網(wǎng)絡(luò)中得到使用。選擇原則是限制單相接地電流小于三相短路電流。因?yàn)橄到y(tǒng)越來越大，負(fù)荷密度也就會(huì)隨之增加，使500kV變電站密集，以及500kV自耦變壓器的使用等，這就會(huì)導(dǎo)致單相接地電流超過三相短路電流的地方不斷增多。6-10千伏電網(wǎng)都是采用低電阻接地方式，其缺點(diǎn)為短時(shí)間內(nèi)所消耗的功率比較大、短路電流也很大，這就對通信線路有較大的影響，大的電弧也會(huì)焚燒同一電纜溝或相鄰的電纜。

3.4中電阻接地方式

在當(dāng)今的信息時(shí)代里，就對通信質(zhì)量要求越來越高。因此，要求輸配電線路對通信線路的干擾越來越多小。過去在電網(wǎng)建設(shè)中，中性點(diǎn)通過低電阻接地方式，短路電流較大，就會(huì)對通信線路的干擾也越大。而中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式中，短路電流小，繼電保護(hù)運(yùn)行可靠，因此提出經(jīng)過中電阻接地方式。這種接地方式在日本得到了很好地應(yīng)用于發(fā)展，即對于22kv-154kv線路，中性電阻的電流在100-200A內(nèi)對通信線路干擾不成問題。

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