非線性中性點接地電阻在自備電廠的應用

摘要：接地變及接地電阻柜適用于系統中性點采用小電阻或中電阻接地的場合，將不接地系統變成經小電阻接地系統，電網出現單相接地故障時立即跳閘切除故障線路。然而在接地變及接地電阻選配不合適的情況下，接地變頻繁故障，導致退出運行，使得接地系統仍改變為不接地系統，況且接地變故障造成諸多不安全因素。

關鍵詞：中性點;接地電阻;接地電阻變;非線性

前言

某大型化工廠配套自備電廠4×125MW機組10kV系統接地電阻柜因接地電阻電流和接地變對器的容量不匹配，在實際運行時，接地變壓器高壓繞組多次燒壞，改變了系統的接地方式，原電阻接地變成現在的中性點不接地系統，如果更換增大接地變壓器的容量，原配套的電阻熱穩定性較差，發生單相接地時，同樣會損壞電阻，變成不接地系統。中性點不接地系統的主要故障是系統諧振過電壓激發單相弧光接地。單相弧光接地的危害性主要表現在兩個方面一是引發系統高倍過電壓，包括諧振過電壓，二是容易發展成為系統短路故障。

一、 10KV 系統中性點運行方式存在問題：

（1）因廠用供電系統較龐大，電容電流較大，發生單相接地故障時故障點的電弧很難被熄滅，極易發展為三相故障。

（2）選線裝置上的回路數較多，選線裝置不能百分之百的選出故障回路。

（3）雖然接地電容電流較大，但是拿綜保裝置來說反應到二次的電流任然很小且不穩定，導致零序保護整定困難，定值太小易誤動，定值太大又會不動，很難找到最佳點，所以系統發生接地故障時零序保護發揮的作用特別少。

（4）多起較大電氣事故均由單相接地故障發展三相短路故障所引起，每次發生三相短路故障時，均會啟動速斷保護導致一連串開關跳閘。針對以上問題，現對10KV 系統接地方式進行分析對比，并根據分析情況提出應對改造措施。當發生單相接地故障時，強大的電弧能量會使單相接地故障很快轉化為相間短路，迫使10kV 故障回路電源端斷路器切斷電源，所以不接地系統在發生一個接地故障后仍能保證供電不間斷的優點已不復存在。同樣面對如此大的電容電流，小電阻接地方式的接地電阻值也面臨阻值選擇困難問題，電阻值選擇不合理同樣會功虧一簣[1]。

二、 改造方案

接地變壓器的容量的確定：10kV， 250kVA;電阻器的接地容量：5750kJ;在二次側需安裝一個接地變壓器，其一次側為有中性點的星形繞組，把原接地變壓器的容量50kVA更改為250kVA。具體改造如圖所示：

從圖中可知，正常運行時，中性點電壓很低，非線性電阻呈高阻狀態，流經其中的電流非常小，基本上處于開路狀態，系統相當于不接地。因此，具有不接地方式供電可靠性高，安全性好的特點。若系統發生故障，引發高倍過電壓時，中性點電壓會同時升高，非線性電阻立即響應而導通，將電壓限制在設定范圍內，系統的過電壓也被限制在2倍以下。此時系統又具備了有效接地系統過電壓水平低、選線準確率高的特點，并優于經小電阻接地方式。當系統發生諧振時，非線性電阻的巨大能容很快地吸收諧振能量。因過電壓被限制在較低水平，所以互感器的特性處于線性區域，呈高感抗狀態而使諧振消失。當系統發生單相弧光接地時，非線性電阻及時吸收接地電荷能量，同時限制弧道的恢復電壓，使接地電流過零后不容易重燃，弧光很快熄滅，其綜合性能優于消弧線圈。當發生永久性接地時，非線性電阻保持相電壓水平，電阻中流過的電流較穩定，可維持運行。也可以通過選線對故障饋線進行延時切除或快速切除，適宜于各種不同的運行要求。經非線性電阻接地的系統過電壓水平被限定在絕緣允許范圍內，電氣設備的絕緣被高電壓沖擊的可能性減小，小故障引發大故障的概率也大大降低，供電的可靠性和安全性有很大提高。

三、 可行性分析

改造后中性點非線性電阻柜實時檢測中性點電壓，無延時準確動作滅弧各消除諧振，吸收弧光、諧振能量，有效防止恢復電壓沖擊時弧道重燃。能有效的控制弧光過電壓，保證高壓電機和相關設備的安全運行。

（1）系統中無需增設消弧消諧柜來被保護，消弧柜動作時，故障已經發生，而非線性電阻柜，故障有發展初始狀態就導通，抑制過電壓的產生，來保護設備的絕緣不被破壞。

（2）可快速切斷接地故障點，過電壓水平低，能消除諧振過電壓，可采用絕緣水平較低的電纜和電氣設備。

（3）減少絕緣老化，延長設備使用壽命，提高設備可靠性。

（4）系統中不需要增設小電流選線，開關柜綜合保護啟用零序保護，可快速準確的判斷故障線路，采用快速切除，杜絕事故進一步擴大。

（5）有利于降低系統設備絕緣水平和提高系統安全可靠運行水平，由于系統的工頻電壓升高和暫態過電壓倍數較低，可以將雷電過電壓和操作過電壓限制到較低水平，所以，中性點經非線性電阻接地系統的電氣設備承受的過電壓數值低、時間短，可以適當降低設備的絕緣水平，節約設備投資，對采用原標準的設備則安全可靠性和設備使用壽命大大增長，同時也大大提高整個系統的運行可靠水平，具有明顯的經濟效益。

（6）非線性中性點電阻是耗能元件，也是阻尼元件不會引發電網諧振[4]。適當選擇非線中性點電阻能容值，可以將過電壓倍數限制在滿意的范圍內。是消除系統各種諧振過電壓的最有效措施，非線性中性點電阻相當于在諧振回路中并接一個阻尼電阻，由于電阻的阻尼作用，可以消除系統的各種諧振過電壓。

非線性電阻接地運行方式主動抑制過電壓方式，過電壓倍數低，故障回路查找準確，利用電阻物理特性主動在線保護，采用整定中性點電壓值來抑制系統過電壓，容量可以通過并聯實現增大[2]。

四、 結論

電網中性點經非線性電阻接地運行方式可以把單相接地故障電流限制在較低范圍內，比小電阻接地方式下要低很多，可以有效地限制單相接地故障電流的危害性，對電網中的電力設備均可起到不同程度的保護作用。如可以減少一次設備頻繁的短路電流沖擊;減少斷路器的遮斷次數和繼電保護的動作次數和誤動;減少斷路器的拒動概率以及運動人員的誤操作概率;降低線路絕緣子的損壞率;減輕設備的運動維護與檢修工作量等。

參考文獻：

[1]趙智大. 電力系統中性點接地問題.北京：中國工業出版社，1965.

[2]夏承銓. 非線性電路.西安：交通大學出版社，1986.

[3]李福壽. 中性點非有效接地電網的運行.北京，水利電力出版社，1993.

[4]張金霞. 電網中性點接地方式探討.天津職業技術師范學院學報，2003年3月第一期.

作者：李錦鋒 1982年8月，主要研究：火力發電廠電氣運行