榆林东坑变中性点接地方式研究及小电流接地选线装置的配置应用.docx

          榆林东坑变中性点接地方式研究及小电流接地选线装置的配置应用                    摘要:比较配电网中性点直接接地、不接地、经消弧线圈（或小电阻）接地等三种方式的特点，确定东坑变中性点不接地和小电流接地选线装置的配合是解决单相接地故障问题的最优的方案通过分析小电流接地系统单相接地故障的暂态信号特征，提出了基于暂态零序电流特征频带的选线理论，并且基于此理论开发了能够快速跳闸的小电流接地选线装置通过试验和现场实际运行，验证了该装置能够准确选线并快速跳闸，可显著降低单相接地故障造成的人身伤害事故，具有十分显著的社会效益关键词:中性点接地系统；零序电流；暂态量；频率特征；小电流接地系统；0引言中性点接地方式是指电力系统中发电机和变压器的中性点与大地的电气连接方式一般分为大接地电流系统和小接地电流系统，前者即中性点直接接地系统（有效接地系统），后者又分为中性点不接地系统和中性点经消弧线圈（或电阻）接地系统（非有效接地系统）对于大电流接地系统，若发生单相接地故障，由于存在短路回路，接地相电流很大，保护装置动作切除故障而在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的故障电流，仅有较小的电容电流，三相之间仍然对称，因此允许短时间带故障运行，这对于减少用户停电时间，降低用户停电损失，提高供电可靠性是有意义的。

但是，短时带故障运行存在隐患，主要是：1）容易造成人（或动物）在接地点遭电击2）接地故障时形成过电压，导致绝缘薄弱处对地击穿，事故发展为相间短路电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术经济问题接地方式的选择对供电可靠性和运行安全至关重要，它与供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰及接地装置等技术密切相关，并具有理论研究和实践经验紧密结合的特点陕西榆林电网是城乡一体化电网，由于所处地理位置，用户对供电可靠性和安全性都提出非常高的要求，因此，如何选择电力系统中性点接地方式及如何快速切除单相接地故障非常重要本文的研究对象是榆林110kV东坑变电站（以下简称东坑变）中性点接地方式与系统中频繁的单相接地故障关系最为密切，因此，研究的目的主要就在于正确认识和恰当处理此类故障，结合东坑变的实际情况，选择适当的中性点接地方式及配置相应的单相接地故障处理手段，以提高系统的运行绩效，使效益投资比更高、运行维护费用更低1中性点接地方式分类及特点美国电机工程师学会(AIEE)的第32号标准，从开始执行以来一直沿用至今，在国际上得到了广泛的认同当系统或其指定部分的各点上，只要零序电抗与正序电抗之比不大于3(X0/X1≤3)、零序电阻与正序电抗之比不大于1(R0/X1≦≤1≤)时，则它们的中性点为有效接地方式;反之，为非有效接地方式。

中性点有效接地方式，因接地系数较低，当系统发生单相接地故障时，非故障相的工频电压升高均低于80%线电压，它适用于高压系统;若接地系数更低，非故障相电压的升高将远低于80%线电压，则称之为非常有效接地方式，它适用于超高压和特高压系统中性点非有效接地方式，因接地系数普遍较高，非故障相电压的升高均大于80%线电压，有的可达100%、乃至105%线电压此类中性点接地方式，适用于中压电力系统(电网)同时，以单相接地电弧能否自动熄灭为必要和充分条件，又可分成大、小电流接地方式俄罗斯，110kV采用中性点直接接地方式，10-35kV采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式德国，30-220kV的系统均采用中性点经消弧线圈接地的接地方式；美国主要采用中性点直接接地方式；日本配电网的接地方式相对比较复杂，有4种接地方式：中性线多重直接接地、中性点直接接地、低电阻接地、高电阻接地关于电力系统中性点接地方式，我国电力行业标准有相关规定，在《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)中，主要有下面几点：该标准的3.1.2条规定：3-10kV不直接连接发电机的系统和35、66kV系统，在单相接地故障的电容电流值不超过下列数值时，应采用不接地方式；在超过下列数值且又需在接地故障条件下运行时，应采用经消弧线圈接地方式：1）3-10kV金属杆塔或钢筋混凝土的架空线路构成的系统及所有35、66kV系统，数值为10A。

2）3-10kV非金属杆塔或非钢筋混凝土的架空线路构成的系统，电压等级为3kV和6kV时，数值为30A；电压等级为10kV时，数值为20A3）3-10kV电缆构成的系统，数值为30A1.1中性点直接接地方式中性点直接接地方式是指将变压器的中性点与大地直接相连的一种运行方式，它具备以下特点：1）系统中性点始终保持地电位正常运行时，中性点无电流通过；单相接地时，会构成短路回路，接地相短路电流很大，各相之间电压不再是对称的，中性点电位不变，非故障相对地电压接近于相电压2）非故障相对地电压接近相电压，过电压水平较低，绝缘水平要求可降低，减少了设备造价，在高压和特高压电网，经济效益显著3）直接接地时单相短路电流很大，为防止短路电流造成的设备损坏及故障扩大，需要有继电保护装置迅速将故障线路切除，保证非故障线路的正常运行应用范围：目前我国110kV及以上电网一般都采用中性点直接接地系统1.2中性点不接地方式中性点不接地运行方式是指变压器的中性点与大地绝缘的一种运行方式而实际系统的三相与大地之间存在着分布电容，这种接地方式的最大优点就是供电连续性高，适用于以架空线路为主，单相接地故障电流很小的农村和中小城市城区配电网。

正常时，各相对地电压是对称的，三相对地电容电流平衡，中性点对地电压为零系统中性点电流为零，发生单相接地故障时，流过故障点的电流主要为电容电流，系统中性点电压上升为相电压，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高为电网线电压，电网出现零序电压3U0和零序电流3I0，故障线路的电流为所有非故障线路电容电流之和，方向是流向母线；非故障线路的电容电流是该线路自身对地电容电流，方向是由母线流向线路接地故障的电容电流为正常时单相电容电流的3倍图1中性点不接地系统单相接地时电压和零序电流向量图中性点不接地方式的特点：1）供电可靠性较高发生单相接地故障时，因未构成明显的短路回路，短路电流不大，可不必立即切除故障，接电压上的电气设备仍能运行，提高了供电可靠性2）对信息系统的干扰小发生单相接地故障时流过故障点的电流为电容电流，跨步电压和接触电压低3）非故障相电压升为线电压线路绝缘水平要高于中性点直接接地方式当电容电流达到几十安培时，会引起时间较长的弧光接地过电压或间歇性的弧光接地过电压电弧会导致电网电磁震荡，在非故障相的绝缘薄弱处可能发生对地击穿，使得单相故障变成相间故障应用范围：国内20kV及以下的中压配电网部分采用中性点不接地方式，采用这种方式的配电网基本以架空线为主，在电网规模不大的情况下，采用这种运行方式的配电网运行状况良好。

1.3中性点经消弧线圈接地方式消弧线圈一般是带有铁芯和气隙的可调电感线圈，中性点经消弧线圈接地可以提供电感电流，补偿接地电容电流，流过消弧线圈的电流与单相接地时电容电流的方向相反，其抵消作用使得接地电流减少，达到熄弧的目的补偿方式分为全补偿，过补偿和欠补偿三种在全补偿中，接地电流为0，系统中会产生谐振过电压，这是不被允许的过补偿中，接地电流为纯感电流，这是系统运行中经常使用的补偿方式，并且可以避免或减少谐振过电压的产生；当接地电流为电容电流时，称为欠补偿的补偿方式，一般不采用欠补偿运行方式，以防止在切除线路或系统频率下降时，出现全补偿状态从而导致谐振过电压中性点经消弧线圈接地的特点：1）消弧线圈不仅可以有效减少产生弧光接地过电压的概率，还可以有效地抑制过电压的幅值，最大限度地减小故障点热破坏作用及接地电压；2）对运行中所有电力设备的内部绝缘和外部绝缘均可起到保护作用；3）由于优化谐振接地方式可靠地防止了故障点附近地电位的升高，可以防止危险接触电压和跨步电压的产生；消弧线圈在保证电网安全运行方面的作用明显，但是消弧线圈在实际中的作用经常被夸大，许多人错误的认为只要装设消弧线圈就不会再有过电压和弧光接地电流。

事实上，消弧线圈有以下局限：1）消弧线圈只能限制弧光过电压出现的频率和幅值，而不能消除弧光接地过电压在消弧线圈接地系统发生单相接地时，弧光接地过电压是由于接地故障点接地电弧中高频震荡电流的熄弧重燃而产生的暂态过电压，随着接地电弧重燃次数的增加，高频暂态过电压不断升高而消弧线圈只是对稳态的接地电容电流起补偿作用，对高频震荡电流不起作用，因此采用消弧线圈不能消除弧光接地过电压2）消弧线圈只能熄灭电弧而不能消除电弧消弧线圈接地系统产生单相接地故障的瞬间，流过故障点的暂态接地电流是由暂态电容电流和暂态电感电流组成，两者的频率和幅值显著不同，在暂态过程中不能相互补偿在接地的瞬间，消弧线圈的电感电流不能突变，接地瞬间处于高阻状态，接地电容在接地瞬间处于低阻状态在高频震荡的过度过程中，由于消弧线圈和电网电容两者的频率特性相差悬殊，是不可能互相补偿或调谐的当单相接地故障进入稳态后通过接地点的电流才是经消弧线圈补偿后的残流，消弧线圈的补偿可以使残流最小以促使接地电弧的迅速熄灭，并且不再重燃因此消弧线圈只能是在发生稳定接地电弧后有效地促使接地电弧的迅速熄灭，而不能消除接地瞬间的接地电弧3）消弧线圈不能补偿谐波电流也不能补偿电流中的有功分量。

应用范围：10-66kV的中压配电网系统中1.4中性点经小电阻接地方式中性点经电阻接地方式，即是中性点与大地之间接入一定阻值的电阻该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压有一定优越性根据中性点接地电阻的电阻值的不同，可以将中性点经电阻接地方式分为高电阻、中电阻和低电阻接地三种情况目前三种方式在国内外电网中都有应用小电阻接地方式的特点：1）有效提高了系统防止接地故障时的过电压水平分析配电网接地电容电流谐波含量，含有比例高达5%~15%的5次谐波电流，即使将工频接地电流计算得非常准确，但消弧线圈在电网50Hz下工作，还是无法补偿5%~15%接地电容电流中的谐波电流值，无法消除弧光接地过电压而采用中性点经电阻接地方式，中性点经小电阻接地在发生单相故障时能有效地抑制系统的谐振过电压，加速释放回路的残余电荷，可以限制过电压值，有效降低配电网系统过电压水平，从而保证了配电设备安全可靠运行根据有关过电压模拟装置的实际模拟程序计算，以及国内外大量电阻应用经验，配电系统内部过电压水平随着单相接地故障情况下流过中性点电阻的额定电流增加而降低。

当时，过电压水平大约降到2.5倍的额定电压以下；当时，过电压水平大约降到2.2倍的额定电压以下；当时，过电压水平大约降到2.0倍的额定电压以下；备注：以上为单相接地故障情况下流过中性点电阻的额定电流，为系统电容电流2）接地选线功能容易实现在小电阻接地系统中，通过流过接地故障点提供一定零序电流，启动线路零序保护，方便配置单相接地故障保护，可在短时间内有选择地快速切除接地故障线路，故障排查时间缩短，单相接地造成人身触电及相间短路发生概率大大减少3）供电安全性得到提高以电缆占据主要线路的配电网，其单相接地故障多为绝缘损坏和下降而引起，比如系统设备在一定条件下因为自身绝缘缺陷造成击穿，而且接地残流较大，尤其是接地点在电缆上时，容易导致接地电弧为封闭性电弧，电弧难于自行熄灭，对交联聚乙烯电缆，单相接地电容电流所产生的弧光能自行熄灭的数值仅为5A，与规程所规定的数值相比较小，由。