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深圳电网10 kV系统中性点接地方式分析           
深圳电网10 kV系统中性点接地方式分析
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:56:00
杨卫东,姜霞,林剑
深圳供电局,广东 深圳 518020
    电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题,它是防止系统事故的一项重要应用技术,与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等密切相关。
    在电力系统发展的初期,人们没有充分认识到过电流带来的危害,电力设备的中性点都采用直接接地的方式。然而,随着电力系统的扩大,单相接地故障增多,线路断路器经常跳闸,造成频繁停电,于是又将直接接地方式改为不接地方式运行。随着电网的扩大,电缆线路的增多,电容电流不断增大,多数超过30 A以上,有的甚至高达200 A以上, 造成电网事故频繁,变电站10 kV设备事故增加,很多变压器10 kV侧出口经常受到短路冲击。事故的原因除了10 kV设备老化、质量差、污秽闪络外,中性点接地方式不合理也是主要原因。为了解决系统中出现的这些问题,德国采用了中性点经消弧线圈的接地方式,美国采用了中性点
直接接地和经小电阻、小电抗的接地方式,并配合快速继电保护和开关装置, 这也是目前国内外普遍采用的几种中性点接地方式。   1深圳电网10 kV系统中性点接地方式    深圳供电局根据其10 kV电网的特点, 1995年9月对10 kV中性点接地方式作了以下规定:     a)运行中的变电站,凡10 kV侧电容电流超过30 A的,应采用中性点经16 Ω电阻接地或经消弧线圈接地;     b)新建变电站,特区内按10 kV中性点经电阻接地设计,特区外按10 kV中性点经自动消弧线圈接地设计;     c)10 kV中性点经16 Ω电阻接地设计方案(包括接地变压器容量、台数、连接方式及单相接地保护配置要求等)参照春风站有关设计。10 kV中性点经消弧线圈接地的设计方案,应根据目前国内自动消弧线圈及其配套设备生产情况和运行经验确定。     1996年4月黄贝岭站中性点经小电阻接地系统投运,截止至2001年4月,深圳电网共有24个变电站投运了10 kV中性点经小电阻接地设备共计66套;3个变电站投运了10 kV中性点经消弧线圈接地设备9套,现仍有15个变电站共38套10 kV中性点经消弧线圈接地设备已建未投产或尚在筹建、改造中。 2深圳电网10 kV系统中性点经小电阻接地方式改造 2.1  10 kV系统中性点经小电阻接地方式    中性点经小电阻接地方式中,一般选择的电阻值较小,在系统单相接地时,接地点电流控制在500 A左右,也有控制在100 A左右,通过流过接地点地电流来启动零序保护动作,切除故障线路。 2.1.1优点     a) 系统单相接地时,健全相电压不升高或升幅较小,对设备绝缘等级要求较低,其耐压水平可以按相电压来选择;     b) 接地时,由于流过故障线路的电流较大,零序过流保护有较好的灵敏度,可以比较容易地监测和切除接地线路。如果有人误碰带电设备时,可以防止由于受到大电流的灼烧,加重对触电人员的伤害,减少人身伤亡事故。 2.1.2缺点     a) 当流过接地点的电流较大,而零序保护动作不及时或拒动时,将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害,导致发生相间故障;     b) 当发生单相接地故障时,无论永久性还是瞬时性故障,均跳闸,线路跳闸次数大大增加,影响了对用户的正常供电,供电可靠性降低。 2.2深圳电网10 kV系统中性点经小电阻接地方式运行情况     由于深圳特区内10 kV系统以电缆网络为主,受自然环境的影响较小,造成瞬间单相接地故障的概率也相应较少,对连续供电的影响相对不会太大。深圳供电局对特区内24座变电站进行了建设及改造,共投运66套中性点经小电阻接地设备。    投运近3年来,我们发现中性点经小电阻接地方式可以有效防止非瞬时性单相接地故障发展 成相间短路故障,提高运行设备的可靠性。     现以220 kV梅林变电站和220 kV水贝变电站为例进行分析:     a) 1998年6月24日,对梅林变电站10 kV中性点接地系统进行了改造,共计投运3组小电阻接地设备。设备型号为NG-64-4-10-CT型,阻值16 Ω,额定电流400A。投运至今已3年,改造前,两年中只发生了一次单相接地故障,发生相间短路故障52次,年平均发生单相接地故障0次,年平均发生相间短路故障26次;改造后,3年中发生单相接地故障97次,相间短路故障39次,年平均发生单相接地故障33次,年平均发生相间短路故障13次,见表1,改造后相间短路故障率减少至改造前的50%。           b) 1998年3月16日, 对水贝变电站10 kV中性点接地系统进行了改造,共计投运3组小电阻接地设备。设备型号为NG-64-4-10-CT型,电阻值16 Ω,额定电流400 A。投运至今已3年,改造前,3年中未发生一次单相接地故障,发生相间短路故障458次,年平均发生单相接地故障0次,年平均发生相间短路故障53次;改造后3年中发生单相接地故障180次,相间短路故障99次,年平均发生单相接地故障60次,年平均发生相间短路故障33次,见表1,改造后相间短路故障率减少至改造前的62.3%。     从两站的实际运行统计数据可以看出:改造前,由于没有有效的监测手段,当发生永久性单相接地故障时,不能迅速切除故障线路,从而发展成相间短路故障,扩大事故范围,所以在改造前系统的相间短路故障率几乎为改造后的两倍。但是,同时也能看出,由于改造后对10 kV系统的中性点接地情况有了有效的监控手段,一旦发生瞬时性单相接地故障时,小电阻接地系统立即作用于跳闸回路,造成了改造后单相短路跳闸次数大大增加,虽然防止了事故的发展,却增加了线路的跳闸率。     可见,中性点经小电阻接地方式可以有效防止非瞬时性单相接地故障发展成相间短路故障,提高零序保护的灵敏度,快速切除故障线路,保证了设备的安全、稳定运行,但同时也发现,瞬时单相接地引起的跳闸率也大大提高,从一定程度上损害了用户供电可靠性。 3深圳电网10 kV系统中性点经消弧线圈接地方式 3.1 10 kV系统中性点经消弧线圈接地方式    中性点经消弧线圈接地的电力系统,称为谐振接地系统或补偿系统。消弧线圈是一种铁心带有空气间隙的可调电感线圈,当系统发生单相接地故障时,消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流,限制了接地故障电流的破坏作用,使得残余电流的接地电弧易于熄灭, 当残流过零熄灭后,又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值,避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。由于接地故障电流的减小,有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应和空气游离等的破坏作用,防止或减小了在故障点形成残留性故障的概率,使故障点介质绝缘的恢复强度很容易地超过故障相电压而恢复初速度,从而得以彻底熄灭接地电弧,补偿电网并在瞬间恢复正常工作。 3.2 10 kV系统中性点经消弧线圈接地运行情况 3.2.1消弧线圈接地装置的类型       由于特区外10 kV系统以架空线网络为主,为提高供电可靠性,采用了中性点经消弧线圈接地的方式。深圳供电局目前在运行的6个变电站共17套消弧线圈接地系统均为自动跟踪接地补偿及选线成套装置,主要有以下3类:     a)调匝式。通过改变线圈匝数调节电感线圈的励磁阻抗,其电感电流的调节范围为额定电流的30%~100%,现有5套在运行;     b)调容式。利用增加或减少连接到变压器的二次绕组的电容器数量来调节电感量,其电感电流的调节范围为额定电流的0~100%,现有9套在运行;     c)晶闸管调节。以高短路阻抗变压器式可控电抗器作为消弧线圈。变压器的一次绕组接入配电网中性点,二次绕组作为控制绕组由两个反向连接的晶闸管短路,通过调节晶闸管导通角调节工作阻抗,其导通角在0~90°间变化,工作绕组上等效阻抗就在零到变压器短路阻抗之间变化,所以电感电流的调节范围为额定电流的0~100%,深圳供电局现有3套在110 kV桂庙站运行。     这几类装置的共同特点是:当电网发生瞬时性单相接地故障时,利用自动跟踪的消弧线圈实现快速补偿,使故障电流减小并可自动灭弧,因而系统可正常运行不停电;当发生非瞬时性单相接地故障时,能在尽量短的时间内正确选出故障线路并对其实行跳闸,从而不影响其他非故障线路的正常运行,又使系统的绝缘水平可与低电阻接地时相同。 3.2.2消弧线圈接地装置的选线方式     当发生单相接地故障时,为不影响整个系统供电,应尽快准确地监测和切除故障线路,目前深圳供电局使用的自动跟踪接地补偿及选线成套装置可采用以下2种方式进行选线:     a) 有功分量法     利用阻尼电阻在发生接地后延时0.6 s被短接的时间内,接地线路中包含有阻尼电阻的有功电流,非接地线路中不流过有功电流,从而区别接地线路。     b) 残流增量法     在系统发生单相接地后,把各线路和零序电流采集下来,然后改变一档,再把各线路的零序电流采集一遍,求出各线路调档前后零序电流的变化量,其中最大者为接地线路,因为它等于消弧线圈调档前后电感电流的改变值,而其他线路基本不变。     c) 注入法     由主机发出高频电流通过母线TV注入配电网中,通过接地故障线路与大地形成回路,再由安放在各条线路出线附近的探测器检测出电磁信号,从而确定接地故障线路。    第一和第二类设备在深圳供电局运行时间较长,且占大部分运行设备,第三类仅有2001年7月投产的桂庙站使用,运行经验尚不丰富。下面以110 kV无人值守布吉变电站和龙岗变电站为例,对10 kV系统中性点经消弧线圈接地运行状况(见表1、表2)进行分析。    
      龙岗变电站采用的是第一类调匝式消弧线圈,从表1、表2可以看出:对于调匝式消弧线圈设备来说,其误报率(即有消弧线圈记录,而无相应远动记录的概率)较高,约占33%。但是漏报率(即远动有接地记录,而消弧线圈没有相应记录的概率)较低,约占167%。仔细查询可以发现,龙岗变电站误报的情况主要集中在5月15日、6月7和8日,发生这种情况的原因可能是消弧线圈故障引起误报。     布吉变电站采用的是第二类调容式消弧线圈,从表1、表2中可以看出:对于调容式消弧线圈设备来说,其误报率(即有消弧线圈记录,而无相应远动记录的概率)很低,几乎为零,但是漏报率(即远动有接地记录,而消弧线圈没有相应记录的概率)较高,约达到了50%。发生该情况的原因是消弧线圈控制器有时会死机,对于接地没有记录,造成了记录的缺失。     以上两种装置选线的正确率都还比较高,几乎都在95%以上。从总体上来看,对于瞬时接地故障能较快反应,防止事故发展,对于非瞬时性故障,则能减小零序电流,帮助运行人员判断故障线路,提高了供电可靠性,但是,对于控制器的死机问题还需要进一步解决,提高运行可靠性。 4结束语    随着科学技术的发展,电力负荷特性变化大,对电能的供应质量提出了更高要求。正确选择中性点的接地方式,是优化电力系统运行特性的前提。对于电力系统中性点接地问题国内外专家都在进行着不懈的努力,不同的电网特性,应采用不同的方式。在处理中性点接地方式的问题时,增强实践的观点,避免决策失误。总结与借鉴国内外电力系统正反两方面的运行意见,建设与改造我们的电网,更好地为特区人民服务。

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