中性點接地方式研究論文

1、<p>　　2016年度技術(shù)人員技術(shù)論文</p><p>　　題目： 中性點接地方式研究論文</p><p>　　作者： 鄭光遠</p><p>　　單位名稱： 建安公司北侖分公司</p><p>　　單位主管技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)（簽名）：</p>

2、<p>　　時間： 2016年9月30日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 序言 ----------------------------------------------------------------3 </p><p>　　二 中性點經(jīng)消弧線圈接地

3、系統(tǒng)存在的問題-----------------------4 </p><p>　　三 國內(nèi)外接地方式的發(fā)展現(xiàn)狀--------------------------------------5 </p><p>　　四 大型化工企業(yè)配電網(wǎng)采用電阻接地的特點--------------------7</p><p>　　五 石化企業(yè)配電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻接地方式的

4、可行</p><p>　　性討論 ----------------------------------------------------------------9 </p><p><b>　　序言</b></p><p>　　石化企業(yè)具有電力負荷密度大、供電可靠性要求高、供配

5、電線路以電力電纜為主等特點。由于供電量大，這類企業(yè)往往在內(nèi)部形成相對獨立的6～35kV企業(yè)配電網(wǎng)。</p><p>　　大型企業(yè)35/6kV配電網(wǎng)，其系統(tǒng)中性點以前主要采用的是中性點不接地的運行方式，這對過去以架空線為主的配電網(wǎng)是適宜的，但是近年來隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展、電網(wǎng)逐漸發(fā)展為以電纜線路為主，電纜的長度不斷增加，使得電網(wǎng)的接地電容電流水平不斷提高；另一方面，氧化鋅避雷器和結(jié)構(gòu)緊湊的全封閉組合電器也得到廣泛應(yīng)用

6、。在這種形勢下，原有的中性點不接地運行方式已不能適應(yīng)，帶來的問題主要有：（1）中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平高（可達到3.5～4.0倍相電壓），持續(xù)時間長，而電纜和一些全封閉組合電氣絕緣水平低，某些進口設(shè)備絕緣水平低于我國同電壓等級設(shè)備。而這些設(shè)備一旦擊穿很難修復(fù)，因而不宜帶單相接地故障繼續(xù)運行。（2）單相接地時，避雷器長時間在工頻過電壓下運行易發(fā)生損壞甚至爆炸。目前，采用提高氧化鋅避雷器運行電壓的方法來避免爆炸事故

7、發(fā)生，但這并不經(jīng)濟，因而這種接地方式不利于無間隙氧化鋅避雷器的推廣應(yīng)用。（3）從保證人身完全來說，不宜采用中性點不接地系統(tǒng)來保證供電的連續(xù)性。</p><p>　　在這種中性點不接地系統(tǒng)中，當配電網(wǎng)電壓發(fā)生突變、變壓器高壓線圈發(fā)生接地、系統(tǒng)發(fā)生接地或弧光接地故障時，都可能在系統(tǒng)中引發(fā)過電壓。對于空載勵磁特性較差的電壓互感器，在過電壓作用下，因勵磁電流的劇增，會導(dǎo)致高壓熔斷器頻繁熔斷，甚至造成電壓互感器燒毀，如果處

8、理不當，或保護配置不周全，此類異常狀況有可擴大為全廠性事故。例如，某大型化工企業(yè)6kV配電網(wǎng)曾2次因電動機繞組絕緣不良接地，引起母線電壓互感器高壓熔斷器熔斷，后又由于處理不當而擴大為全廠性停電事故；其35kV配電網(wǎng)也曾發(fā)生過一夜雷雨中電壓互感器高壓熔斷器熔斷10多相次的極不安全狀況。石化企業(yè)配電網(wǎng)中許多電纜和電氣設(shè)備由于長期運行和工作環(huán)境惡劣，容易產(chǎn)生絕緣老化，通常在整個配電網(wǎng)中絕緣的薄弱點較多。因此 對于象35/6kV電力系統(tǒng)，根據(jù)水

9、電部制定的《電力設(shè)備接地設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，宜采用中性點經(jīng)消弧線圈或電阻接地的運行方式。</p><p>　　但是，針對石化企業(yè)配電網(wǎng)的特點，究竟是采用中性點經(jīng)消弧線圈接地還是采用中性點經(jīng)電阻接地的方式，這是一個值得研究和探討的問題。其討論結(jié)果可以供石化系統(tǒng)配電網(wǎng)的改造進行參考。</p><p>　　中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　應(yīng)裝設(shè)消

10、弧線圈的條件（全系統(tǒng)電容電流）：</p><p>　　3—6KV電網(wǎng)：30A 10KV電網(wǎng)：20A</p><p>　　22—66KV電網(wǎng)：10A</p><p>　　消弧線圈的作用：減小流經(jīng)故障點的電流。</p><p>　　中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾個方面：</p><

11、;p>　?。?）如果消弧線圈調(diào)整不當，在系統(tǒng)正常運行時，可能會在中性點產(chǎn)生較高的諧振過電壓，并直接影響系統(tǒng)的安全運行。典型的系統(tǒng)圖如圖2－1所示。</p><p>　　圖2－1 中性點經(jīng)消弧線圈接地的典型系統(tǒng)圖</p><p>　　正常運行時，中性點對電壓U0為：</p><p><b>　　=</b></p><p

12、>　　= （2-1）</p><p>　　式中—系統(tǒng)相電壓； </p><p><b>　　L—消弧線圈電感；</b></p><p>　　r0—消弧線圈部全部有功損失的等效電阻；</p><p>　　C—系統(tǒng)單相對地電容；</p&g

13、t;<p>　　r—系統(tǒng)單相對地泄漏電阻；</p><p>　　1/R=1/r0+3/r 為系統(tǒng)對地全電導(dǎo)；</p><p><b>　　為系統(tǒng)不對稱度；</b></p><p><b>　　為系統(tǒng)阻尼率；</b></p><p>　　為系統(tǒng)補償度（或稱系統(tǒng)脫諧度）。</p&g

14、t;<p>　　由（2-1）式可見，當消弧電感感抗和系統(tǒng)對地容抗相近，使補償度很小時，系統(tǒng)中性點在正常運行時可能會出現(xiàn)相當高的過電壓。</p><p>　　（2）大型化工企業(yè)6～35kV配電網(wǎng)上，常直配大型電機、電弧爐變壓器、整流變壓器及大型電氣設(shè)備，這些設(shè)備的正常投入與切除均直接影響系統(tǒng)電容電流，給消弧線圈電感的跟蹤調(diào)節(jié)造成困難，一旦整定調(diào)節(jié)不當或調(diào)度管理失誤，將產(chǎn)生諧振過電壓而危及整個配電網(wǎng)的安

15、全。</p><p>　?。?）準確檢測出接地故障線路較困難，目前雖有不少微機型的高靈敏度接地保護裝置，但實用情況均不夠理想。</p><p>　　（4）雖然現(xiàn)在有自動跟蹤、自動調(diào)諧的智能型消弧線圈，但當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，消弧線圈不再調(diào)整，若接地檢測裝置不能檢測出故障線路，還必須依靠拉合有關(guān)線路查找故障點。對于出線回路數(shù)多、母線結(jié)線復(fù)雜的配電網(wǎng)，查找故障的時間可能很長，在查找過程中會出現(xiàn)

16、過補償或欠補償超過允許值的情況，致使這將會使再多次發(fā)生弧光復(fù)燃，出現(xiàn)過電壓，將有可能使相鄰敷設(shè)的電力電纜被破壞，致使事故范圍擴大。</p><p>　　國內(nèi)外接地方式的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　世界各國的城市配電網(wǎng)的中性點接地方式并沒有形成統(tǒng)一的做法，不同國家、甚至同一國家的不同城市，都不盡相同。主要根據(jù)各自的具體條件和考慮側(cè)重點，特別是參照各自的傳統(tǒng)和經(jīng)驗來加以選定。在某些城市，甚至

17、在同級電壓的配電網(wǎng)中也有多種中性點接地方式并存的情況。</p><p>　　就基本特性而言，各國城市配電網(wǎng)的中性點接地方式可歸納為兩大類：</p><p>　?。?）不接地或經(jīng)消弧線圈接地（均屬非有效接地）</p><p>　　（2）直接接地或經(jīng)中、低值電阻接地（均屬有效接地）</p><p>　　我國城市配電網(wǎng)從20世紀50年代起引進消弧線

18、圈。此后，電網(wǎng)的中性點接地方式逐步統(tǒng)一到下述方案：</p><p>　　110kV及以上 有效接地</p><p>　　35~66 kV 經(jīng)消弧線圈接地</p><p>　　3~10 kV 不接地或經(jīng)消弧線圈接地</p><p>　　380/220V

19、 直接接地</p><p>　　這一規(guī)定幾乎延續(xù)了40年左右，對我國城市配電網(wǎng)的安全可靠供電曾起過很好的作用，直到80年代后期，情況才有了變化。當時我國南方的某些城市（例如深圳、廣州）用電量迅猛增加，新建配電線越來越多地采用地下電纜，電容電流大增，再加上進口了不少絕緣水平較低的電纜和電氣設(shè)備（因為它們的生產(chǎn)國的配電網(wǎng)中性點是有效接地的，因而設(shè)計時所取的絕緣水平較低），它們顯然不宜應(yīng)用在非有效接

20、地的配電網(wǎng)中。這些新情況促使部分城市從1989年起開始使用經(jīng)中、低值電阻接地的方式，使我國城市配電網(wǎng)的中性點接地方式又多了一種選擇，并在全國不少大城市配電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用。這些大城市配電網(wǎng)的最大特點是對地電容電流特別大，達到數(shù)百安培，這和鎮(zhèn)海煉化石化變35kV配電系統(tǒng)的情況很相似。</p><p>　　隨著接地電阻阻值的不同，中性點經(jīng)電阻接地的配電網(wǎng)可以是有效接地系統(tǒng)，也可能是非有效接地系統(tǒng)。在國際上，通常把中性點

21、接地電阻作如下分類（表3-1）： 表3-1 中性點接地電阻的阻值</p><p><b>　?。?）高電阻接地</b></p><p>　　這類電網(wǎng)實際上仍屬非有效接地系統(tǒng)，這樣的電阻雖然對斷續(xù)電弧接地過電壓和諧振過電壓也能起一定的抑制作用，但總的過電壓水平和絕緣水平仍與其他非有效接地系統(tǒng)相似。接高電阻的目的主要是為了限制單相接地故障電流。這種

22、接地方式主要用于200MW以上大型發(fā)電機回路和某些6~10kV配電網(wǎng)中。</p><p><b>　?。?）低電阻接地</b></p><p>　　這類采用經(jīng)一小于10Ω的低電阻接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，故障點將流過相當大的阻性電流分量，這種電網(wǎng)的運行特性與中性點直接接地電網(wǎng)最為接近，二者的優(yōu)點亦基本相同，諸如：快速切除單相接地故障，發(fā)生異相多重接地故障的概率極小

23、； 斷續(xù)電弧接地過電壓、諧振過電壓等發(fā)展不起來，其他過電壓水平亦較低，且可采用無間隙ZnO避雷器，因而容許采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備； 短時工頻電壓升高較小，減輕了絕緣老化效應(yīng)，延長了電纜和設(shè)備的使用壽命；容許采用簡單可靠、有選擇性和足夠靈敏度的接地繼電保護。 當然，由于它們的接地故障電流高達600~1000A，甚至更大，必然也會帶來一些缺點和問題，例如：每次單相接地故障均導(dǎo)致跳閘，為了達到供電可靠性的指標，必須從電網(wǎng)架構(gòu)、自動裝置等

24、方面采取措施，保證開關(guān)跳閘后能迅速恢復(fù)供電；</p><p>　　當電纜一處接地時，大電流電弧可能連帶燒毀敷設(shè)在同一電纜溝里的相鄰電纜，擴大事故，其至釀成火災(zāi)； 短路電流大，通信干擾嚴重，對人身、設(shè)備的安全也不利；短時耗能大，要求電阻器的熱容量和總體積也很大，電阻器的制作難度大、造價高。</p><p><b>　　（3）中電阻接地</b></p>&l

25、t;p>　　為了避免或減輕上述低電阻接地方式的缺點，而又要克服高電阻接地時過電壓水平和絕緣水平高、繼電保護運行不可靠等弊端，有些國家采用了折衷方案——中電阻接地，以求將接地故障電流限制到100~200A，此時應(yīng)保證接地保護的靈敏度和選擇性，網(wǎng)內(nèi)發(fā)生單相接地故障時即予快速切除； 中電阻接地也是一種很值得注意的接地方式。在我國，已在大型火電廠的6kV廠用電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用； </p><p>　　四、 大型化工

26、企業(yè)配電網(wǎng)采用電阻接地的特點</p><p>　　目前已有很多大城市配電網(wǎng)，由于接地電容電流太大，采用了中性點電阻接地方式，如北京、上海、天津、廣州、深圳、寧波等一些城市的城區(qū)供電局目前均已根據(jù)保護配合的需要及限制過電壓水平的要求，分別采用了電阻為6～20不等的低電阻接地方式。</p><p>　　對于大型化工企業(yè)配電網(wǎng)，雖然其電容電流沒有城市配電網(wǎng)那么大，但也可根據(jù)自身配電網(wǎng)的實際情況，

27、選擇中性點電阻接地方式，特別對于那些電容電流已超過允許值較多的中性點不接地的配電網(wǎng)，更可優(yōu)先考慮改造成中性點經(jīng)電阻接地方式。采用中性點經(jīng)電阻接地方式主要有以下理由：</p><p>　?。?）可避免在中性點不接地系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生的電壓互感器燒毀及系統(tǒng)一點接地時電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷的異?，F(xiàn)象。</p><p>　　（2）可使非接地相過電壓限制在較低水平，從而降低整個配電網(wǎng)的絕緣配合水平

28、。根據(jù)有關(guān)資料，非接地相電壓升高與中性點電阻阻值直接相關(guān)。改造時可根據(jù)過電壓限制要求及保護配合需要（接地故障電流大?。x擇合適的中性點接地電阻值。</p><p>　　（3）目前各種技術(shù)參數(shù)的高壓接地電阻已有成熟產(chǎn)品，采用中性點經(jīng)電阻接地方式，很容易實現(xiàn)，改造費用不大，且接線簡單，運行可靠。</p><p>　?。?）一次設(shè)備簡單、可靠、無發(fā)生諧振過電壓之顧慮，單相接地短路電流比相間短路

29、電流小得多，不影響一次設(shè)備的選擇。保護配置方便，又可提高繼電保護（接地保護）的靈敏度和準確度。</p><p>　?。?）考慮到目前在大型化工企業(yè)配電網(wǎng)中，重要配電線路一般均采用雙回路供電，如果能與備用電源自動投入裝置相配合，特別重要線路還可配微機型備用電源快切裝置，則電阻接地系統(tǒng)仍然會有很高的供電可靠性，安全可以滿足石化企業(yè)的可靠供電的要求。</p><p>　?。?）對于電容電流較小的

30、系統(tǒng)，也可適當考慮采用高電阻接地系統(tǒng)，這樣既可減少發(fā)生弧光接地過電壓的機會，又可提高接地保護的靈敏度，同時不影響全系統(tǒng)的供電可靠性。</p><p>　　綜上所述，各種接地方式均有其自己的特點，在實用使用中應(yīng)多考慮各種可行的措施，以克服不同接地方式各自存在的弱點及問題，同時又不致使系統(tǒng)過于復(fù)雜和增加運行的難度。對于大型化工企業(yè)以電力電纜為主要線路的配電網(wǎng)，可以考慮以中性點經(jīng)電阻接地方式替代中性點絕緣及經(jīng)消弧線圈接

31、地的方式，克服弧光接地電壓及諧振過電壓問題，并配置備用電源自動投入裝置來保證供電的可靠性。</p><p>　　五、石化企業(yè)配電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻接地方式的可行性討論</p><p>　　配電電網(wǎng)中性點接地方式是一個涉及到電力系統(tǒng)許多因素的綜合性問題。在選擇中性點接地方式時應(yīng)充分考慮供電可靠性、繼電保護工作可靠性、設(shè)備與線路的絕緣水平及人身完全等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定選擇合理的中性點接地

32、方式。下面結(jié)合石化系統(tǒng)配電網(wǎng)的實際情況，來探討其中性點采用經(jīng)電阻接地方式的可行性。</p><p>　　5.1 供電可靠性</p><p>　　采用小電阻接地后，當發(fā)生單相接地故障時線路要立即跳閘，不能保證用戶的連續(xù)供電。但在石化系統(tǒng)的配電網(wǎng)中，它不是過去的單電源的輻射系統(tǒng)或樹形系統(tǒng)，而是網(wǎng)孔系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)饋電。因此，在這種情況下，提高用電可靠性就不再是靠要求帶單相接地故障運行幾個小時來

33、保證，而是靠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度控制來保證。即依靠環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和多路供電來保證設(shè)備供電可靠性。</p><p>　　5.2 人身安全問題</p><p>　　在中性點直接接地系統(tǒng)中和中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，工作人員誤登桿或在工作中誤碰帶電導(dǎo)體是對人員人身安全的威脅。與中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點不接地系統(tǒng)相比要嚴重。但實際運行的經(jīng)驗表明，單相接地故障時引起人員觸電傷害的概率極小。例如，北京地區(qū)改

34、小電阻接地以來，共發(fā)生400多次電纜接地事故，均未發(fā)生人身傷亡事故；上海從1919年在楊樹浦發(fā)電廠電源側(cè)中性點上裝設(shè)了8低電阻接地以來，運行至今已79年未發(fā)生過人身傷亡事故；而上海市區(qū)采用經(jīng)小電阻接地已多年，運行中多次出現(xiàn)電纜接地故障均未發(fā)生人身傷亡事故。廣州在改變10kV配電網(wǎng)中性點經(jīng)低電阻接地后，1919年3月19日發(fā)生一次建筑工人將自來水管碰及運行中的三元里站10kV線路，因線路及時跳閘，雖重合后又跳閘，工人僅感麻電未發(fā)生傷害。&

35、lt;/p><p>　　所以配電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，單相接地故障時引起人員觸電傷害的概率極小。因此,石化系統(tǒng)配電網(wǎng)采用電阻接地方式，實際發(fā)生單相接地故障時引起人員觸電傷害的概率也是極小的。</p><p>　　5.3 繼電保護配置</p><p>　　以往小電流接地系統(tǒng)配置的保護包括：作用于跳閘的限時相間速斷保護和低壓閉鎖的過電流保護，作用于信號的零序電流及零序電

36、壓保護，一二次自動重合閘及重合閘后加速。發(fā)生單相接地故障時，由零序保護發(fā)出接地信號，若有消弧線圈，則由手動或自動投入消弧線圈，對接地電容電流進行補償，然后由選線裝置或運行值班人員找出故障線路，斷電后進行處理。但由于消弧線圈補償接地電容電流后零序電流殘余很小，選線裝置一般很難選準故障線路，只有由運行值班人員拉路選線，這樣對于保證供電可靠性是很不利的，也失去了單相接地故障線路再運行1～2h的意義。</p><p>　

37、　若接地系統(tǒng)改為小電阻接地，由于單相接地時故障電流大，必須切除故障線路，故其保護配置主要為；限時（瞬時）零序電流速斷保護，兩段式零序過流保護，所有保護均動作跳閘。因此,采用中性點經(jīng)過電阻接地方式,其保護配置比較簡單,具體工程中容易實現(xiàn)。</p><p>　　5.4 接地電阻的選擇</p><p>　　目前國內(nèi)已有多家廠家生產(chǎn)中性點電阻器，按材料分為水阻、鑄鐵電阻、合金電阻、氧化鋅線性電阻