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配电网中性点接地若干问题探讨

2015-08-27 00:13
瑾年Invader
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  引言

  中性点采用什么接地方式是配电网规划设计过程中需要解决的基本技术问题。GB50613—2010《城市配电网规划设计规范》规定:对于中压配电网来说,当电容电流小于10A时采用不接地方式;10~150A时采用消弧线圈接地;电容电流大于150A且全是电缆网络时,采用小电阻接地。目前,我国供电企业基本上是遵循上述原则选择配电网的接地方式的。但是,近年来个别供电企业出于解决故障选线困难、消除破坏系统绝缘的接地过电压以及防止落地导线危害人身安全的考虑,在架空以及架空线路与电缆混合网络中也采用了小电阻接地方式;有的已经采用了小电流接地方式的也在考虑改为小电阻接地。

  显然,对配电网采用什么接地方式为好,目前业界还没有完全形成共识。围绕接地方式的划分方法、接地方式对供电质量以及人身安全的影响、小电流接地故障选线与定位技术是否成熟等问题,人们还存在一些模糊认识,甚至有争论。本文根据国内外的有关资料,谈谈对这些问题的看法,并对配电网接地方式的选择提出建议。

  1 中性点接地方式及其分类

  实际配电网中性点采用的接地方式主要有:直接接地、不接地、小电阻接地、谐振接地(消弧线圈接地)等。在我国,早期人们将这几种接地方式分为大电流接地与小电流接地方式,现在一般分为有效接地与非有效接地方式。在一些人的观念中,以上2种划分标准是等同的,即有效接地方式就是大电流接地方式,非有效接地方式就是小电流接地方式。事实上,这2种接地方式的划分标准还是有较大差异的。

  大电流接地与小电流接地方式是根据配电网发生单相接地故障时接地电流的大小划分的。大电流接地配电网单相接地电流比较大,需要断路器立即跳闸切除故障,以消除大接地电流的危害;而小电流接地配电网单相接地电流比较小,不需要立即切除故障。除减少接地电流危害外,采用小电流接地的主要目的是利用接地电弧在电流较小时能够自行熄灭的特点,实现接地故障的自愈,减少故障造成的停电。

  关于大电流与小电流接地方式的划分,并没有一个严格的电流数值标准。不接地与谐振接地,属于小电流接地方式,小电流接地配电网单相接地电流一般不会超过10A;中性点直接接地、小电阻接地属于大电流接地方式,大电流接地配电网单相接地电流一般大于200A。

  有效接地与非有效接地的划分方法源于美国电机工程师协会(AIEE)在1947年颁布的32号标准。规定系统或系统的指定部分的任何各点上零序电抗对正序电抗之比都不大于3,而且零序电阻对正序电抗之比不大于1时,该电力系统或系统的一部分被认为是中性点有效接地的,否则是非有效接地。

  就中压配电网来说,如果主变压器中性点采用直接接地方式,其阻抗参数一般都会满足有效接地系统的条件。中国部分城市的电缆配电网采用小电阻接地方式,接地电阻值在10Ω左右,单相接地故障时接地电流约600A,需要配置动作于跳闸的接地保护,属于大电流接地方式,但其接地故障回路的零序电阻超过30Ω,远大于正序电抗值,属于非有效接地系统。因此,在讨论配电网继电保护问题时,还是使用大、小电流接地方式的划分办法比较好。

  2 接地方式与供电质量

  配电网单相接地故障中瞬时性故障的比例比较高,如果采用小电阻接地方式,即使重合闸成功,也会出现1s左右的停电,给一些敏感的负荷(如联合生产线、高科技数字设备)带来经济损失。采用小电流接地方式后,具有瞬时性故障性质的电弧一般都能够自行熄灭,实现故障的自愈,不会造成停电,能够显著地提高供电质量。

  配电线路中绝大部分接地故障由雷电、树枝碰线、鸟和其他动物落在导线之间,以及污秽造成绝缘子闪络等原因引起,这些故障一般都是瞬时性的。电缆线路中瞬时性故障相对要少一些,但仍然有一定的比例。不少人认为,电缆绝缘的破坏都是永久性的,因此电缆本体中不存在瞬时性故障。而实际故障记录结果表明,有一部分电缆本体中的小电流接地故障电弧能够自熄灭,说明其故障性质是瞬时性的。例如,根据某石化企业的记录,在某次电缆本体发生永久接地故障前的7天内,共发生了8次瞬时性接地故障,其中6次的持续时间约为一个工频周期,另2次的持续时间也小于1s。

  输电线路单相短路故障的统计结果表明,70%~90%的故障属于瞬时性故障。而根据福建泉州一变电站小电流接地故障的统计结果,99%以上的故障是瞬时性的。这与接地电弧在消弧线圈的作用下熄弧率比较高,故障会在一段时间内多次出现有关。

  据我国南方沿海某城市供电局对一变电站的统计结果,在中性点由谐振接地改造为小电阻接地后的3年中,10kV线路共跳闸136次,年均45次;而在改造之前的2年中,共跳闸53次,年均26.5次;谐振接地方式的年均跳闸率比小电阻接地方式低近1倍。英国的研究报告指出,配电网采用谐振接地方式时故障造成的停电相比小电阻接地方式减少50%以上。英国北方(Northern)电力公司的统计结果表明,配电网采用谐振接地后,除减少短时停电外,永久故障造成的长时间停电次数也减少了10%。

  采用谐振接地方式,可以显著地提高故障熄弧率。据意大利电力公司(ENEL)的统计,在将中压电网接地方式由不接地改为可调消弧线圈接地后,接地故障引起的历时1s内的瞬时停电减少51%,1s~3min的短时停电减少38%,长时间停电减少26%;如果采用固定调谐的消弧线圈,瞬时停电减少26%,短时停电减少22%,长时间停电减少10%。

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