电网中性点

电网中性点（精选7篇）

电网中性点 篇1

1 引言

当电力系统中的任何一相发生单相接地故障时, 单相接地故障电流的大小和非故障相工频电压的高低, 即所谓的电力系统的基本运行特性, 对应于不同数值范围内的接地程度系数。各种中性点接地方式的电力系统具有不同的基本运行特性。以下将结合中压电网中所采用的几种中性点接地方式, 讨论相应电力系统的基本运行特性。

现代城市对电网运行特性的基本要求是: (1) 供电可靠性高; (2) 人身安全性好; (3) 设备安全性好; (4) 电磁兼容与通信系统良好共处; (5) 维修工作量小; (6) 综合技术经济指标合理等。

电力系统在正常运行时, 对不同的中性点接地方式及其差异, 基本上没有反映。可是, 当系统发生单相接地故障时, 情况则大不一样了。因中性点接地方式的不同, 非故障相工频电压的升高和单相接地故障电流的大小也不相同。通常, 以两者的具体数值表征不同接地系统的基本运行特性, 各种接地方式的特点和适用范围等主要问题都是由此来决定的。

2 各种接地方式比较

2.1 中性点不接地

中性点不接地, 实际上是经过集中于电力变压器中性点的等值电容 (绝缘状态欠佳时还有泄漏电阻) 接地的, 其零序阻抗多为一有限值, 而且不一定是常数。此时, 系统的零序阻抗呈现容性, 因接地程度系数k<0, △U可能高于相电压, 故非故障相的工频电压升高会略微高过线电压。最早的城市中压电网由于规模不大, 多采用中性点不接地方式。在这种接地方式下, 系统发生单相接地故障时, 流过故障点的电流为所有非故障线路电容性电流的总和。在规模不大的架空线路网架结构中, 这个值是相当小的, 对用户的供电影响不大。而且各相间的电压大小和相位维持不变, 三相系统的平衡性未遭破坏, 允许继续运行一段时间 (2h以内) 。但是这种接地方式有一个极大的缺陷, 就是当接地电流超过一定值时容易产生弧光接地过电压, 将使系统的安全性受到很大的影响, 对系统绝缘水平要求更高。近几年国家和地方大力投资进行城网、农网改造, 电网规模扩大, 电缆线路不断增加, 6~35k V中压电网原有的中性点不接地方式已不再适宜, 并已逐渐被其他接地方式取代。

2.2 中性点经电阻接地

对于中压电网来说, 中性点经电阻接地的最初出发点, 主要是为了限制电弧接地过电压。电阻接地方式可以避免不接地方式中弧光接地过电压的产生, 同时由于增大了故障线路的接地电流, 使得故障选线可以很方便地实施, 进而实现快速跳闸, 使非故障线路不需要长时间承受过电压, 降低了绝缘水平要求。对于以电缆为主又能实现环网供电的城市中压电网, 这是一种较为理想的接地方式。因为以电缆线路为主的电网发生单相接地故障时, 流过故障点的电容电流很大, 容易发展为相间故障, 且多为永久性接地故障, 需要及时跳闸, 切除故障线路。而环网供电可保证供电的连续性, 最大限度地减少停电范围。从目前国内农网及城网的发展情况看, 依然是架空线路占多数, 或架空线路和电缆混合电网, 环网供电水平较低。这些情况决定了国内中压电网以中性点经消弧线圈接地, 也就是通常所说的谐振接地方式为主要的接地方式。

2.3 中性点经消弧线圈接地 (谐振接地)

谐振接地系统即中性点经消弧线圈接地的电力系统。因为消弧线圈是一种补偿装置, 故这种系统通常又被称为补偿系统。消弧线圈是一种铁心带有空气间隙的可调电感线圈, 它装设于中压电网的中性点。当系统发生瞬间单相接地故障时, 可经消弧线圈作用消除, 保证系统不断电;当为永久单相接地故障时消弧线圈动作可维持系统运行一定时间, 可以使运行部门有足够的时间启动备用电源或转移负荷, 不至于造成被动;系统单相接地时消弧线圈作用可有效避免电弧接地过电压, 对全网电力设备起保护作用;由于接地电弧的时间缩短, 使其危害受到限制, 因此也减少维修工作量;由于瞬时接地故障等可由消弧线圈自动消除, 因此减少了保护错误动作的概率;系统中性点经消弧线圈接地可有效抑制单相接地电流, 因此可降低变电所和线路接地装置的要求, 且可以减少人员伤亡, 对电磁兼容性也有好处。同时由于消弧线圈还会使故障相恢复电压上升速度变慢, 保证电弧的熄灭和避免发生重燃, 从而有降低过电压水平、使瞬时性接地故障自动消除等优点。需要注意的是, 补偿电网在正常运行期间, 为了限制中性点位移电压的升高, 要求非自动消弧线圈适当的偏离谐振点运行。否则, 预调式的自动消弧线圈一般应加限压电阻, 以利于电网的安全运行。

3 各种接地方式系统的基本运行特性

前已说明, 中性点不接地系统, 实际上是经过一定数值的容抗接地的。此时, 系统的零序阻抗呈现容性, 因接地程度系数k<0, △U可能高于相电压, 故非故障相的工频电压升高将会略微高过线电压 (这一现象是由高阻性接地故障引起的) 。实际上中性点不接地的电力系统, 其k值的一般变化范围为-∞<k<-40, 零序阻抗很大。当k为一较大的负值时, △U=△UA, 相当于从线电压三角形的外边逼近此值, 结果是线电压三角形整体位移, 而形状几乎不变;单相接地故障点的电流始终为容性, 大小由系统的三相对地电容确定, 其值不应超过小电流接地系统规定的上限10A。当超过此值后, 接地电弧难于瞬间自行熄灭, 应转变接地方式。这种接地方式同时还具有中性点不稳定的特点。当系统的电容电流较小时, 单相接地电弧自行熄灭后, 容易导致电压互感器的铁心饱和激发起中性点不稳定过电压。此种不稳定过电压可引起电压互感器烧毁与高压熔丝熔断等事故。所以不论从现状和发展还是从技术经济方面考虑, 此种接地方式都不是很适宜的。

中性点经电阻接地后, 可以属于有效和非常有效接地系统, 也可以属于非有效接地、甚至小电流接地系统, 具体情况需视电阻的数值而定。对于中压电网来说, 中性点经电阻接地的最初出发点, 主要是为了限制电弧接地过电压。在小电流接地系统的继电保护选择性获得解决之前, 也曾藉此来实现故障线路的自动跳闸。在中性点为高电阻接地方式的情况下, 为使接地电弧瞬间熄灭, 一般来说单相接地电容电流应不大于10A, 所以适用范围受到限制, 只宜在规模较小的10k V及以下电网中应用。当电网的额定电压较高时, 接地电容电流超过限值后, 此种接地方式就不再适用, 而需要改变为其他接地方式了。若改为低电阻接地方式, 电网的接地电容电流便可不受限制。可是, 由于此种接地方式的接地故障电流大, 有时会带来很多问题和麻烦, 如人身安全、设备安全和通信干扰等均需采取措施, 而且运行和维修费用也会相应增加。

谐振接地系统的中性点一般经消弧线圈 (自动或手动调谐电感) 接地, 也可采用消弧变压器。理论上可以这样考虑, 将系统的三相对地电容集中在一个 (或几个) 变压器的中性点上, 同时与该集中电容并联一个 (或几个) 调谐电感, 对电感值进行调整, 使其靠近谐振点运行。虽然调谐电感是一个很有限的数值, 但却可使X0趋近无限大。当调整消弧线圈使接地程度系数k→±∞, 即Z0→±∞时, 相当于消弧线圈在谐振点 (失谐度υ=0) 运行。

结语

中性点接地问题是一项综合性的技术经济问题, 它涉及到电网的安全运行、供电可靠性、建设资金投入、用户安全、设备安全及经济运行等问题。在专业技术方面涉及电力系统、过电压与绝缘配合、继电保护、通信与自控、电磁兼容、接地设计等诸多领域。随着电网的发展, 寻找更经济合理的接地方式是一项新的课题。中压电网的中性点接地方式的选择是一个非常重要却又复杂的问题, 到目前为止, 还没有出现一种接地方式能满足各方面需要, 本文所作的工作只是浅尝, 还有待于深入研究。

摘要：本文分析了中性点接地方式对电力系统运行的影响。针对国内中压电网现在所采用的中性点不接地、谐振接地、电阻接地三种接地方式, 分析了它们的基本运行特性。

关键词：中性点,接地方式,运行

参考文献

[1]李俊, 崔学斌, 吴佩雄, 齐云秋.关于电力系统中性点运行方式的几个问题[J].黑龙江电力, 2005-04-30.

电网中性点接地方式的探讨 篇2

在电力体系结构中, 中性点的接地模式主要有:以电气装备的中性点与地的连接模式进行明确, 电气仪器装备的中性点是发电系统中的主要装备。现阶段国家统一使用的接地方式有以下几种:第一种是中性点接地模式, 第二种是中性点消弧线圈, 第三种是中性点经电阻接地, 第四种是中性点直接接地模式。

现阶段, 我国不同级别的电力体系中, 中性点运行方式如下: (1) 电压超过110k V的电网系统中, 需要重点考虑的是过电压的降低以及绝缘性能的提高, 将其中一小部分中性点的弧线降到最低, 都要通过中性点的直接接地模式与手段来进行。 (2) 电压在3-10k V范围内的电网系统中, 必须要考虑到供电稳定性与容易出现隐患的地方, 通常情况下必须要使用不接地的运行模式。在所连接的电流少于30A的情况下, 通过弧线圈来连接地线。 (3) lk V以下电网, 必须做好绝缘工作, 缩小故障范围, 通过不同方式来选择接地模式, 根据现场实际确定。 (4) 220V、380V的三相四线制电网, 从安全用电角度考虑, 中性点直接接地。

2 四种中性点接地方式的介绍

2.1 中性点直接接地手段

中性点接地体系, 其实就是中性点直接连地与小电阻连电的模式, 同时又称为大电流联电。

将中性点直接和地连接的优点: (1) 当中性点直接接地体系出现单相接地的情况时, 非故障相的相电压不会出现任何变动。这时用电线中流动的电流是短路电流, 使线路保护装置迅速动作, 通过跳闸或者断路来防止事故发生变化, 对系统其它部件的正常运转产生重大影响。 (2) 在中性点接地系统发生变化的时候, 因为连地的电流量过于庞大, 继电保护一般都能迅速而准确地将出现问题的线路断开, 虽然保护装置简陋但是稳定性良好。

中性点直接接地模式的不足之处: (1) 发电的稳定性弱, 没有小接地电流体系大。另外, 其接地点处还存在很大的跨步电压与其它电压, 很容易出现各种事故问题。 (2) 中性点直接接地体系, 在出现单相接地的时候产生的电流也会很大, 干扰通讯系统的正常运行, 尤其是在电力线路与通讯线路互相平衡的情况下更为严重, 因为偶合感而出现的问题, 影响通讯效应。

2.2 中性点不接地方式

中性点不接地形式, 也就是中性点对地绝缘, 适用于农村10k V架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。在使用的过程中, 如果出现单相接地问题, 流过故障点的电流的值很小, 所以又可以将其称作是小电流接地体系。

中性点不接地模式的优势: (1) 构造简易, 无需添加任何装备仪器, 可以在很大程度上降低投资成本。 (2) 单相接地不形成短路回路, 所以单相接地电流小。

中性点不接地模式的不利因素: (1) 由于中性点具有一定的绝缘性能, 电网对地电容中储存的能量没有释放通路。当出现弧光接地的情况时, 电弧会发生反复熄灭与重燃, 向电容反复充电。由于对地电容中的能量不能释放, 使得电压的数值不断攀高, 从而产生弧光接地过电压或谐振过电压, 上升的幅度十分巨大, 最终会影响设备的性能。 (2) 如果接地运行的耗时过多, 很容易造成短路问题。同时这一问题也会使整个电网体系出现过电压现象。如果电压过大, 而且长时间如此, 则在这一变化过程中, 还有可能会出现两点接地故障危险, 导致问题恶化。

2.3 中性点经电阻接地模式

中性点经电阻接地模式, 即在中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻。由于这一接地模式中的电阻值的大小不确定, 所以完全可以将中性点按照电阻模式划分成为下面几种形式:高电阻、低电阻、中等电阻。

中性点经电阻接地模式的优势:在体系对地电容形成并联回路的情况下, 中性点电阻就是一个能量消耗元件, 同时又是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件。在减少谐振过电压和间歇性电弧接地过电压方面它能够发挥出很大的作用, 所以值得推广。也可将其他类型的过电压限制到较低的水平, 使发生异地两相接地的可能性减小。

中性点经电阻接地方式的缺点: (1) 在通过低电阻完成接地工作时, 出现问题的电流的电量会大幅度增加, 导致各种问题的出现。经高阻接地电流量必须要控制在一定的范围内, 通常情况下最好不要超过4~5倍, 因此高阻接地受到很大的约束。 (2) 当接地断路器处于跳开状态时, 供电可靠性会降低, 尤其是架空线网络, 频繁的分、合闸让断路设备和其他一些仪器设备处于受限状态。

2.4 中性点经消弧线圈接地方式

中性点不接地电网出现单相接地情况时, 将接地点必须要经过的整个体系的对地电容电流, 如果力量过大, 就会导致接地弧光过电压过大, 导致整体范围内的电压值升高, 引起绝缘体的破损, 导致各个接地线路断裂, 引起停电问题。为了避免出现这种现象, 可以在中性点中加入一个电感线圈, 在完成接地时就会有电流从中通过, 此电流和原系统中的电容电流会相互融合, 有效减少电流引起的故障问题, 将这种模式称作消弧线圈的接地模式。

中性点经消弧线圈接地模式的优势:将这种接地模式应用到电网系统中, 如果出现单相接地问题, 那么经过消弧线圈的电流就是电感性电流, 这种电流是对电容电流的一种补偿。这种接地电流补偿性作用很强大, 能够保障发电工作的正常进行, 对电弧的重燃有很好的控制性能, 可减少高幅值电弧接地过电压出现的可能性。

该种接地模式的劣势: (1) 在这种接地模式下很难找到引发事故的线路故障。 (2) 消弧线圈本身是感性元件, 和对地电容构成谐振回路, 在具体的环境中很容易产生电压过大的问题;中性点经消弧线圈接地对弧光接地电压的水平会产生很大的影响, 会导致弧光接地电压压力的上升。

3 四种接地方式的综合比较

电力系统中性点接地方式的选择原则为:电力系统过电压与绝缘配合;满足继电保护要求;保证供电可靠性;减少对信息系统的干扰。下面对这四种接地方式进行综合比较。

3.1 电力设备和线路的绝缘水平

和不直接接地时电压的数值相比, 中性点直接接地电力网的绝缘水平要明显少20%左右的量, 根据额定电压数值大小的不同, 接地设备的绝缘程度在经济效益上也有明显的降低。当电力系统中的电压超过110k V时, 变压器等电气设备的造价大约与绝缘水平成比例增加, 当电力系统中电压的大小超过3~10k V时, 绝缘水平较其它情况下也要大很多。

3.2 继电保护动作可靠性

中性点不接地或经消弧线圈接地的体系中, 单相接地只有少量的电流通过, 对此采取一定的保护措施可能具有很大的难度;中性点直接接地的电力系统中, 接地电流较大, 对其进行保护简单易行, 系统稳定性较好。

3.3 供电的可靠性

在电力系统中单相接地体系具有很大的可选择性。中性点直接接地系统单相接地电流很大, 而且加强的速度比较快, 对供电的稳定性有着很大的影响。当出现一些小规模的问题时可以及时进行弥补与调整, 不过在短时间内很容易造成巨大的冲击, 造成各种仪器装备的损耗。另外, 因为容易出现跳闸等问题, 所以需要多次对其进行维修检查。中性点不接地、中性点经电阻接地和中性点经消弧线圈接地等小接地电流系统都可以防止出现这种问题, 出现问题的时候还可以持续运行1~2h, 可在这段时间段内将所有的问题全部排除。

4 500k V国安站的中性点接地方式介绍

随着电网体系的不断扩展, 终端电网体系的不断增大, 国内500k V电网在2010年前后都会变成密集型的双/多环网, 会出现以下问题: (1) 体系的不断增大, 网络系统牢固性的增加, 紧密性程度的加重, 都会导致短路电流量的增加。 (2) 规模巨大的发电厂多台升压变压器中性点直接死接地, 使本站或附近变电站的零序电抗急剧下降, 导致单相短路电流增大, 会大于或接近于三相短路电流。

就国安站而言, 也出现了以上问题。国安站及近区主要500k V变电站中500k V及220k V母线短路电流如表1所示。

国安站、桂山站正常方式下均是两台主变合母运行, 其中国安220k V母线三相短路电流为44.1k A, 单相短路电流达到51.7k A, 超过50k A, 并高于三相短路电流7.6k A。桂山站三相短路电流为42.4k A, 单相短路电流为51.0k A, 超过50k A, 同时高于三相短路电流8.6k A, 均需采取措施, 降低单相短路电流。

“十二五”期间, 国安站近区新增500k V加林站、上稔站以及台山核电站。加林站投产后, 珠海电网通过4回500k V线路与主网相连, 与中山电网之间具备220k V电网解环运行的条件。珠海电网与中山电网断开220k V联络, 珠海地区考虑将国安站和加林站合成一个供电区, 通过珠海~国安双回线路联络运行。该运行情况下, 国安站220k V三相短路电流为46.1k A, 单相短路电流为52.4k A, 大于三相短路电流, 且超过国安站220k V侧断路器的开关容量, 需采取措施降低国安站的单相短路电流水平, 提高珠海电网供电的灵活性及可靠性。

综上所述, 为限制2011年、2015年国安站单相短路电流, 提高国安站及珠海电网近区供电可靠性, 增强国安站短路电流水平对电网发展的适应性, 提高国安站及中珠电网运行方式的灵活性, 有必要在国安站主变中性点加装小电抗, 限制220k V母线的单相短路电流。

由图可见, 接地方式采用的电气接线为:变压器中性点接小电抗, 在小电抗前并联放电间隙、避雷器保护, 在小电抗两端装设旁路刀闸。可以通过旁路刀闸转换到直接接地, 从而变压器可以实现直接接地和小电抗接地之间的切换, 同时可用于小电抗的检修维护。远期电容隔直装置通过隔离刀闸串联在小电抗后, 若小电抗故障或需检修, 通过闭合旁路刀闸退出小电抗, 不影响电容隔直装置的运行。

由表2可见, 对于降低500k V单相短路电流, 中性点经小电抗接地效果不明显。但是, 在500k V变电站220k V侧单相短路通过的电流量需要被加以控制的情况下, 采用中性点经小电抗接地是可以达到理想效果的最佳措施, 具体数值的大小可以控制在高、中压Uk%值的1/10~1/3的范围内。所以, 通常情况下, 中性点绝缘水平大约相当于由原来死接地的35k V级提高到63k V级, 能够满足实际发电所需。所以, 当自耦变压器中性点经小电抗接地后, 各种数值就会发生变化, 其高、中、低压三个绕组的零序电抗都会对电阻的大小产生很大的阻碍。

5 结语

中性点接地模式关系到方方面面的问题, 能够保证供电系统的安全性、可靠性以及设备状况的稳定性, 对于电压保护, 电磁兼容等方面的问题都可以进行很好的处理, 对电力系统的设计与运行有着重大作用。因此, 对中性点接地方式选择时, 应根据实际需要具体分析, 尽可能做到既满足供电系统的要求, 又达到节省投资的目的。

参考文献

[1]刘庆, 徐瑜.关于10kv配电系统中性点经小电阻接地方式的探讨[J].电气开关, 2007 (03) .

[2]毛敬伟.浅析电力系统中性点不同工作方式下的单相接地[J].科学之友, 2008 (05) .

电网中性点 篇3

关键词：中压电网,中性点,运行方式

目前来说, 我国的10k V以及35k V电网的其中性点运行的方式, 大多采用两种方式:即中性点绝缘和中性点经消孤线圈, 这两种方式共同的优点在于:当单相接地系统出现故障的时候, 整个电网可以继续维持2h的运行, 特别是遇到一些特殊的情况, 如雷击或者是由于瞬间出现的单相接地故障时, 电网的供电不会中断。这样就可以保障供电的可靠性。

1中压电网主变中性点运行方式探讨

目前国内功率为110k V、220 (330) k V以及500k V的变电所, 其主变采用的都是中性点直接的接地方式, 主要原因是, 中性点直接接地方式的绝缘配合只要考虑相电压, 因此造价较低。但是需要注意的是:当整个设备发生单相接地故障的时候, 其会产生较大的短路电流, 这些短路电流会严重地威胁到电气设备的安全, 因此, 必须快速对出现故障部分的电气设备进行切除。

1.1 110k V和35k V中性点绝缘

110k V和35k V的变电所供电历史已经有很多年了。35k V和110k V变电所的运行方式都为中性点绝缘。10k V配电网络母线段分段运行, 其主要作用在于限制短路电流以及单相接地的电容电流。因此如果每段10k V母线, 其总长度低于50km, 而且其输电线路为架空线路, , 针对于单相接地的电容电流低于20A, 那么对于10k V单相接地的电网来说, 其故障会有很大地下降, 甚至几乎可以达到零故障, 而且二相对地电压上升几乎达到线电压值, 因此要按照线电压配置来进行10k V配电网络的绝缘工作。10k V配电网络的单相接地均采用报警后人工切除故障。DL/T969-2005《变电站运行导则》6.10.3.4条规定10k V网络的单相接地运行时间不得超过2小时。

1.2 110k V变电所的接地方式

110k V变电所两台主变容量均在31500k VA及以下, 其选用Yn, yn, d11作为接线方式。110k V的配网中性点直接接地, 对于其绝缘要求是按相电压配置。同时还要求当其出现单相接地的时候能够快速地切除故障, 因此, 目前来说, 很多110k V的供电线路都装配有零序电流的保护。目前很多的110k V变电所其主变选用35k V而且侧选用Yn接线, 其中较为重要的主变35k V的侧中性点是通过经消弧线圈的方式进行接地的。而且对于35k V的供电网络来说, 其绝缘的要求是按线电压配置。根据《变电站运行导则》6.10.3.4条的规定, 35k V配电网络其单相接地的运行时间要低于2小时。而且对于220k V的变电所来说, 其主变电压为220/110/35k V, 接线方式为Yn, yn, d11接线。因为主变35k V自身侧无中性点, 而35k V的配电网络又有设消孤线圈补偿电容电流的具体要求。基于以上原因, 对于220k V的变电所来说, 其变电压目前是选用35/0.4k V, Y, yn0, 接线, 接地方式为变中性点经消弧线圈 (接地变) 。

2采用变中性点经消弧线圈存在的问题以及改进措施

随着大型的变电所其单台的主变容量在不断地增大。根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定中的3.1.2条指出, 当电容电流大于20A, 中压配电网应该进行中性点经消弧线圈的接地, 这样能够让接地点在起孤之后电弧能够自然地熄灭 (例如我国江苏、浙江地区, 两省的中压配电网都运用过20k V的电压等级来进行供电, 该等级的电压要求经小电阻接地, 而且单相短路电流要低于600A) 。采用d接线的多为电源变电所以及配电侧, 对于电源变电所可以为其增设接地变, 接地的选择也可以是配电变压器的中性点经消弧线圈或小电阻。

近年来, 相对地以及相对相之间的电容量出现几倍甚至几十倍的增加, 由于雷击导致的单相接地事故逐渐消失, 以往采用小电流进行接地运行方式对于中性点来说其优势没有以前突出了。如果一段电缆其线路的总长度是50km, 每km的电容电流是2A, 而且其总电容电流是100A, 那么, 最合适的接地方式为中性点经小电阻接地。之所以采用这种接地方式, 主要是考虑其经济性, 因为它能够降低电缆对于绝缘的要求, 从而降低了整个配电网的造价。

常规要求规定电气的一次部分需要增设接地变, 而且其额定的容量要能够承受长达2秒钟600A零序电流这一考验。目前很多的典型变电所设计中, 接地变还担任所用变的作用, 根据所用容量计算, 所用变的容量应该小于等于315k VA, 但是如果按照接地变的要求, 10k V需要采用1800k VA的接地变, 20k V需要采用4000k VA的接地变, 关键是运用中性点经大功率的限流电阻来进行接地, 这种接地方式属于最为常规的做法。如果将110/10k V或110/20k V中110k V的主变线组别变成Yn, yn, 在增设不外引的d绕组, 当整个配电网正常运行的时候, 低压侧母线采用分段运行的方式, 各个主变低压的侧中性点分别通过功率较大的小阻值电阻来进行接地, 通过这种接地方式, 能够做到取消接地变以及其相关设备。关键是, 对于主变来说, 增加不外引的d绕和接地变两者的费用相差不大, 但是前者要比后者运行更加稳定, 而且前者的安全性要比后者更高。

3结束语

中压电网中性点运行方式是一个既综合性又系统性的问题, 对于其分析与研究也是长期的工作, 主要体现在对于配电网安全运行的可靠性方面和对于配电网造价的经济性方面, 而且中性点的运行方式能够直接地影响到整个电力系统所具备的绝缘水平, 而且对于系统的过电压水平、系统的继电保护方式等等都会产生很大影响, 因此中性点的运行方式是一个值得我们长期研究的重要课题。

参考文献

[1]电力工业部电力科学研究院高压研究所.DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[M].北京:中国电力出版社, 1997.

10kV电网中性点接地方式研究 篇4

1 中性点接地方式的分类

1.1 中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地可以定义为在中性点和大地之间设置电感线圈, 以达到保护电网的基本方式。如果发生单相接地故障, 零序电压则会在电网出现, 电感线圈为此提供感性电流作为补偿电容的电流, 降低了故障点残余电流的数值, 从而达到了灭弧的效果, 消除了故障。

电网中性点装设消弧线圈后, 一旦电网发生单相接地时, 电网的单相接地电容电流得到了消弧线圈的感性电流的补偿。如果能将故障点的残余电流降低到5A左右, 这样的话电弧不易重燃。因此, 可以自动消除电网的瞬间单相接地所发生的故障。

1.2 中性点不接地

中性点不接地的电网系统指中性点与大地之问不设置任何的连接。但是在实际系统中的三相电与大地之间却是存在电容分布的。在正常运行时, 中性点对大地之间没有电压, 单相接地故障一旦发生, 有电容电流通过设备的故障点, 可以同时保正不发生掉闸现象, 而且还可以使系统可带故障再运行2小时。这种接地方式优点是可以连续性供电, 有较低的接触电压和跨步电压。在一定的程度上可以有效降低弱电设备的损坏率, 并且能够一定程度上保证人身及设备的可靠性和安全性。

1.3 中性点经电阻接地

中性点经电阻接地方式指的是在中性点和大地之间接引符合标准阻值的电阻。与中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的方式相对比而言, 中性点经电阻接地方式可以在某种程度上成功地避免因为谐振过电压或间歇性弧光接地过电压。当系统发生单相接地故障的时。接地电阻可产生感应电流来启动零序电压达到保护的作用, 并且与此同时可以及时有效地切断发生故障的线路。不会发生故障相的电压出现较大的升幅现象。若发生单相接地故障, 这种故障不论是否是永久性故障.此线路系统均产生跳闸, 降低了系统供电的可靠性。发生单相接地故障时, 产生较高的接地电压。零序保护失效, 产生关联性故障导致相邻铺设电缆、设备均受损坏。

2 10k V电网中性点接地方式分析与选择

2.1 中性点接地方式的参考因素

第一, 电容电流的数值作为参考因素。电容电流影响过电压的倍数, 以及消弧线圈动态补偿的程度。当电容电流大于100A的时候, 就适合采用小电阻接地方式。当母线总体电容电流较大时, 发生单相接地故障、运行方式发生变化或网架结构进行一系列的调整时, 电容电流的变化范围也较大, 此时就需要对消弧线圈的动态补偿范围也提出了更高的要求。若不能满足这些要求, 则应考虑向小电阻方式过渡。第二, 以电缆馈线条数在总数中所占比例, 以电缆长度所占比例作为参考因素。考虑到对供电可靠性的影响, 电缆回路比越大, 说明架空线瞬时性单相接地故障比例越少, 中性点改小电阻接地方后, 对供电可靠性的影响较小, 电缆回路比越小, 中性点经消弧线圈接地方式可能更加合适。第三, 以电网设备的绝缘水平和承受过电压的能力作为参考因素。发生单相间歇性电弧接地故障时, 不接地、经消弧线圈接地、经电阻接地系统一般出现3.5、3.2、2倍的最高过电压。对于那些相对较旧的设备, 绝缘水平较差, 它的承受过电压能力比较弱, 如果在大面积改造设备的情况下, 小电阻接地方式可以成为考虑因素。第四, 将电网结构与电网发展状况作为参考因素。主要包括变电站10k V馈线与其他站馈线是否存在关联, 能否立刻转移负荷, 有否双回路或者多回路供电, 有没有充足的备用容量等一些条件, 如果负荷能够及时、方便转移, 则中性点改为小电阻接地方式后, 对供电可靠性的影响较小, 在满足其他条件下, 可以适时进行改造。

2.2 中性点接地方式的分析和选择

分析和和比较10k V电网中性点三种不同接地方式的, 在本文中宜采用快速调谐消弧装置。它主要是由接地变压器, 控制柜、高短路阻抗变压器式的消弧线圈和中心屏构成。快速调谐消弧装置采用的是大功率可控硅技术, 通过高短路阻抗变压器式可控消弧线圈, 当发生单相接地故障时与故障检测装置相配合。及时准确采集中性点电流幅值、相位和电压, 适时地自动跟随系统变化情况, 从而得到合理控制。如果发生单相接地故障时, 依据电网系统电容量变化数值合理调控可控制消弧线圈的电感值, 可以及时将感性补偿电流传输, 能有效控制单相接地放电电流的升高。由于快速调谐消弧装置不但具有普通消弧线圈的补偿功能, 而且还具备无级调整补偿电流的功能, 适用于变压器供电母线和发电机直接配置的母线, 可以得出采用快速消弧装置是合理的接地方式。在进行补偿后可产生较低的电流残值, 同时可以在接地后的1/4工频周波内开始进行补偿, 以达到对稳定电容电流的补偿, 弧光过电压的现象可以被有效的遏制, 在很大的程度上降低了重燃率, 产生的感应电流加在故障点能够切断故障线路, 有效降低绝缘老化强度, 增加了设备的使用周期, 调高了运行安全可靠性, 基本可以满足电网10k V供配电系统的要求。

结束语

10k V电网中性点接地方式的研究是一个涉及到电力系统许多因素的综合性的大问题, 每一种中性点接地方式各有其特点和优缺点, 在选择中性点如何接地方式时, 就应充分考虑各种因素, 例如企业配电网特点、地区特点、电网的结构特点、供电可靠性、设备与线路的绝缘水平、人身安全及对通信线路的干扰, 对这些因素通过综合的技术和经济比较, 以发展的眼光去选择一个合理的中性点接地方式。

参考文献

[1]卓少伟.10kV配电网中性点接地运行方式的研究[J].城市建设理论研究, 2013, 34 (5) :15-18.

[2]李国龙.浅谈10kV配电网中性点接地问题研究[J].科技资讯, 2012, 32 (12) :53-54.

[3]胡传亮.10kV配网中性点接地分析[J].科技研究.2014, 9 (2) :58-61.

电网中性点 篇5

在我国的10kV配电系统中, 中性点接地方式主要有:不接地方式 (小电流接地) 、经消弧线圈接地方式 (大电流接地) 和小电阻接地方式 (大电流接地) 。当接地故障电容电流<10A时, 采用中性点不接地系统;当接地故障电容电流>10A时, 采用经消弧线圈接地或小电阻接地电地系统。不同中性点接地方式的综合评价如表1所示。

二、10kV系统中性点不接地或经消弧线圈接地应注意的问题

1. 线路电容电流过大不能自熄时, 必须切断电源。

电网的单相接地电容电流主要由线路和电力设备两部分的电容电流组成。由于电力设备的电容电流远小于线路的电容电流, 往往忽略不计, 故10kV电缆线路的单相接地电容电流约为:

式中:UN——电缆线额定电压;

L——电缆长度;

S——电缆芯线截面面积 (mm2) 。

10kV电缆线路的单相接地电容电流每km为1.0～1.5 A, 而架空线的电容电流仅为电缆的3%。电缆线路代替架空线, 使得电容电流剧增, 造成了单相接地故障的电弧电流过大。电缆的接地故障是非自复性故障, 如不切除故障点, 只能使电缆损坏加大, 事故扩大。因此, 在中性点不接地系统中, 不允许单相接地故障持续2h以上。在小电阻接地系统发生接地故障时, 零序保护可以在0.2～2.0S内动作, 将电源切除, 对防止电缆故障的扩大是很有利的。同时还大大降低了接触故障部位的机会, 从而减少了人身触电伤亡的机会。

2. 采用中性点经消弧线圈接地的方法较难抑制电容电流。

为了抑制电容电流, 往往采取中性点安装消弧线圈的方法。其基本原理是利用单相接地产生的零序电压, 使消弧线圈出现电感电流, 与线路电容电流的相位相反, 来抵消电容电流。电容电流是采用消弧线圈来补偿的, 使残余电流<10A, 但实际很难做到, 其原因主要有:

(1) 消弧线圈的过补偿应为10%。若电容电流为150A, 则残余电流为150×10%=15A, 该电流>10A, 不能熄灭电容电流。若脱谐度为3%, 则残余电流为150×3%=4.5A, 这样电容电流能自动熄灭。但此时脱谐度过小, 中性点位移电压超过了安全电压的15%。

(2) 电缆长度在不断变化, 很难及时调整消弧线圈的参数, 以达到计算要求的配合度。

(3) 无法抑制线路电容中的谐波分量。有些城市电网谐波电流占的比例达5%～15%, 仅谐波电流就可能远大于10A。

(4) 过电压击穿事故频发, 危及供电安全。在10kV中性点不接地系统中, 如果发生单相接地故障, 会产生弧光重燃过电压, 这将造成电气设备的绝缘损坏, 或开关柜绝缘子闪络, 电缆绝缘击穿。这种现象在10kV电网中会频频发生, 危及供电安全。

三、10 kV系统中性点小电阻接地可以有效解决不接地或经消弧线圈接地系统的问题

电力系统过电压分为暂态过电压、操作过电压和雷电过电压3类。引起10 kV系统过电压的原因有单相接地故障、铁磁谐振、电网开关操作等。其中, 单相接地故障的概率最大。

为了说明问题, 分别对10kV系统中性点不接地、经消弧线圈接地、小电阻接地的正常工作及单相接地时的工作状态进行定性分析。

1.10 kV系统中性点不接地系统在正常状态下的电压参量如图1 (a) 、 (b) 所示。L3发生接地故障时的电压参量如图1 (c) 、 (d) 所示。从图中可得到如下结论: (1) 正常工作时, 线间的电压Um=10姨2kV, 每相的对地电压在不考虑泄漏电流及对地电容电流基本平衡时, 可认为处于对地悬浮状态。 (2) 假设某一相发生接地故障时, 其他两相的对地电压值亦达到Um。经测定, 10kV中性点不接地系统中, 单相接地的过电压值可达到4.76～8.13Um;在切除单相接地故障时, 产生的过电压数值也很高, 超过4.1Um。

2. 经消弧线圈补偿的接地方式, 如图2 (a) 、 (b) 、 (c) 所示。图2中C1、C2是L1、L2相的对地电容, L3通过R发生接地故障。假设消弧线圈自身电抗很大, 通过它的电流滞后于加在线圈的电流, 相位

3. 小电阻接地系统在正常状态下的电压参量, 如图3 (a) 、 (b) 所示。L3发生接地故障时的电压相差近90°。这样, IN就与IC1、IC2相量的矢量合相抵消。理想的结果是:IN+IC1+IC2=0。那么, 在R上将没有C1、C2电容电流通过, IR将会很小。参量如图3 (c) 、 (d) 所示。从图3中可得出如下结论: (1) 在正常工作状态下, 线间的电压值为Um, 每相的对地电压值为Um。 (2) 在单相接地时, 其他两相的对地电压不变, 均为Um。

4.10kV系统中性点小电阻接地系统具有有效抑制各种过电压、提高系统安全水平和降低人身伤亡事故等优点, 比较适用于单相接地故障电容电流IC>30A、瞬时性单相接地故障较少、以电缆线路为主的配电网。

四、结语

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。随着城市配电网中电缆线路的发展和线路保护的日益完善, 城市中配电网逐渐推广采用小电阻接地方式。中山供电局变电站10kV系统目前全部采用消弧线圈接地方式。经过城网改造后, 中山供电局城区变电站出线大多以电缆为主。根据调度运行经验, 瞬时性单相接地故障也比较少。应用10kV系统中性点小电阻接地系统可有效解决经消弧线圈接地系统存在的问题。

参考文献

[1]要焕年, 曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社, 2000.

简述电网中中性点经消弧线圈接地 篇6

电力系统配电网是通过不同类型的发电机、变电站、输变线路、配电装置和电能用户组成的对电能进行不间断的生产、传输和分配以及使用的联合系统方式。在各个系统组成的过程中, 中性点接地方式设计到一个电力系统运行的全部过程, 在诸多方面的应用中都是一个综合性技术方式。它在应用的过程中不仅涵盖着电网本身的安全可靠性能, 还关联着投资的经济性、过电压绝缘水平的分析和应用, 而且在应用中对人身安全和通讯质量效率造成影响。在提高配电网供电可靠性的同时也带来了新问题, 即在当前电力系统运行中, 对各种电容电流要求不断增长, 增大电容电流已经成为危害配电设备的主要方式。

1 原理分析

当接地电容电流较大的时候, 不能超过一定值, 接地电弧在应用中不能够自动熄灭, 造成弧光接地, 产生相应的电压, 如果在故障的时候自动在故障点接入一个电感性电流, 则能够使得电感电流和电容电流因为相位相反而自行抵消, 合成电流为零或者变得很小, 然后自动熄灭电弧。产生这个电感性电流的电压就是故障发生时候在电网中性点上出现位移电压的主要形式。故障点电容电流超前电网中性点位移电压一般不能够超过900, 磁势在应用的过程中如是在中性点上接一个电感线圈, 通过电感线圈的电流经过最大值的时候在故障点流回中性点, 然后使得其中电压相互抵消, 使得电网迅速恢复正常运行状态。

一般电网运行中都是采用过补偿运行方式, 在运行的过程中脱谐度一般控制在-10%左右。在过补偿运行的时候, 电网若是需要进行操作, 拉开一天线路之后, 则脱谐度仍为复制, 而且在管理中, 过补偿程度增加, 当线路发生故障的时候跳开一条线路, 或者线路发生断线事故的时候都会让过电压逐步减小, 电流补偿逐步增加。在迁补偿运行的时候, 若是发生这种情况, 则会影响过电压的控制方式, 使得脱谐度逐步减小, 电网出现过调状态, 甚至有可能出现中性点位移电压增大, 尤其是在一相断线的情况之下, 由于电网三相对地电容不对称造成的影响更是不容忽视。

2 中性点接地方式的选择

2.1 小电流接地方式

配电网采用小电流接地方式认真地按要求执行, 对架空线路电容电流在10A以下可以采用不接地方式, 而大于10A时, 应采用消弧线圈接地方式。采用消弧线圈时应按要求调辖好, 使中性点位移电压不超过相电压的15%, 残余电流不宜超过10A。消弧线圈宜保持过补偿运行.

2.2 中性点经低电阻接地

对电缆为主的系统可以选择较低的绝缘水平, 以利节约投资, 但是对以架空线为主的配电网因单相接地而引起的跳闸次数则会大大增加。对以电缆为主的配电网, 其电容电流达到150A以上, 故障电流水平为400~1000A, 可以采用这种接地方式。采用低电阻方式时, 对中性点接地电阻的动热稳定应给予充分的蘑视。以保证运行的安全可靠。

3 自动跟踪补偿消弧线

3.1 调匝式自动跟踪补偿消弧线圈

调匝式消弧线圈足将线组按不同的匝数抽出分接头, 用有载分接开关进行切换, 改变接入的匝数, 从而改变电感量。调匝式因调节速度慢, 只能工作在预调谐方式, 为保证较小的残流, 必须在谐振点附近运行。

3.2 调气隙式自动跟踪补偿消弧线圈

调气隙式电感足将铁心分成上下两部分, 下部分铁心同线圈同定在框架上, 上部分铁心用电动机, 通过调节气隙的大小达到改变电抗值的目的。它能够自动跟踪无级连续可调, 安全町靠。其缺点足振动和噪卢比较大, 在结构设计中应采取措施控制噪声。这类装置也以将接地变压器和町调电感共箱, 使结构更为紧凑。

3.3 调容式消弧线圈补偿装置

通过调节消弧线圈二次侧电容量大小来调节消弧线圈的电感电流, 二次线组连接电容调节柜, 当二次电容伞部断开时, 主绕组感抗最小, 电感电流最大, 二次绕组有电容接入后, 根据阻抗折算原理, 相当于主绕组两端并接, 相同功率、阻抗为K2倍的电容, 使生绕组感抗增大, 电感电流减小, 因此通过调节二次电容的容量即可控制主绕组的感抗及电感电流的大小。电容器的内部或外部装有限流线圈, 以限制过电量涌流。电容器内部还装有放电电阻。

4 应用优势

首先系统发生瞬间单相接地故障时不断电。消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈, 当由于电气设备绝缘不良、外力破坏、运行人员误操作、内部过电压等任何原因引起的电网瞬间单相接地故障时, 接地电流通过消弧线圈呈电感电流, 与电容电流的方向相反, 可以使接地处的电流变得很小或等于零, 从而消除了接地处的电弧以及由此引起的各种危害, 自动消除故障, 不会引起继电保护和断路器动作, 大大提高了电力系统的供电可靠性。

由于消弧线圈能够有力地限制单相接地故障电流, 虽然非故障相对地电压升高倍, 三相导线之间线电压仍然平衡, 发电机可以免供不对称负荷, 电力系统可以继续运行。特别是在电源紧张或停电后果严重时, 有足够的时间启动备用电源或转移负荷, 避免突然中断对用户的供电而陷入被动局面。

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时, 接地电流与故障点的位置无关。由于残流很小, 接地电弧可瞬间熄灭, 有力地限制了电弧过电压的危害作用。继电保护和自动装置、避雷器、避雷针等, 只能保护具体的设备、厂所和线路, 而消弧线圈却能使绝大多数的单相接地故障不发展为相间短路, 发电机可免供短路电流, 变压器等设备可免受短路电流的冲击, 继电保护和自动装置不必动作, 断路器不必动作, 从而对所在系统中的全部电力设备均有保护作用。

当今社会, 多种信息处理系统广泛应用于国防、社会生产、生活的各个方面, 但其抗干扰能力却很差, 电磁兼容问题成为一个崭新的研究领域。强电干扰弱电, 电力系统是矛盾的主要方面。目前最好地解决方法是引入光纤, 却存在着投资增加。实际上, 由于中性点经消弧线圈接地系统有效地限制单相接地故障电流, 所以不失为一种经济有效的办法, 补偿系统能够向通信系统提供良好的电磁兼容环境。

5 结论

电网中性点 篇7

我国矿井低压电网中性点接地方式的选择主要是从供电安全的角度来考虑的,并综合考虑有利于漏电保护的可靠性实现。其中供电安全包括人身安全和设备安全。人身安全主要是人身触电是否有伤亡。其涉及的因素很多,但总体来说,人身触电电流越小、触电时间越短则越安全。目前,我国对人身触电是否有伤亡有两个标准来衡量:一是人身触电电流小于安全电流值30 m A;我国井下低压电网漏电保护的动作电阻值就是依据这一安全电流值确定的。为达到这一人身触电安全电流值,最初井下低压均采用电容电流补偿技术,但由于是固定补偿,因此不可能实现全补偿;同时由于电缆、电气设备介质损耗和补偿电抗器有功损耗电流不能被补偿,使得补偿后的人身触电电流仍远大于30 m A[1,2],因此这一标准实际上无法实现。随着人们认识的深入,意识到人们无法控制人身触电电流小于30 m A,而可以控制人身触电的时间,开始逐步认同由国际电工委员会IEC推荐,德国学者柯宾·奥西朴卡提出的人体触电的极限电流安全参量曲线,即触电电流与触电时间的乘积小于30 m A·s[1,2]。而上述安全条件的实现除靠减小人身触电电流外,主要靠缩短漏电保护的动作时间来保证。

根据煤矿井下低压电网中性点接地方式的特征,现有低压供电系统中总开关的漏电保护大都采用附加直流漏电保护原理。为保证总开关与分支开关之间的选择性,一般只能靠延长时间来实现,而该时间又与漏电保护应快速跳闸相矛盾[3]。分支开关的选择性漏电保护主要采用零序电流保护或零序电流方向保护原理。零序电流保护易受电网条件的限制,仅适用于分支线路比较多、电容比较大的场合。对于中性点经电抗接地电网的灵敏度则更低,甚至无法使用。在井下低压电网的条件下,该方法使用有一定的困难。零序电流方向保护反映的是零序电压和零序电流之间的相位关系,当所有非故障支路的零序电流之和太小时,需在电网上并入一组三相电容器来增大零序电流[3,4]。该方法不能使用在中性点经电抗接地电网,并且这两种方式在现场应用中的准确性和可靠性都有待提高。因此,对矿井低压电网中性点接地方式的选择,以及相应中性点接地方式下的漏电保护进行研究,对保证矿井安全生产和人身安全都具有重大意义。

1 矿井低压电网中性点接地方式的选择

我国矿井低压电网中性点接地方式以中性点不接地、中性点经电抗接地为主,包括少量的中性点经高阻接地、中性点经电抗串电阻接地。井下低压电网等效图如图1所示,当K1打开时为中性点不接地方式;K1、K2闭合、K3、K4打开时为中性点经电抗接地方式;K1、K3闭合、K2、K4打开时为中性点经电抗串高阻接地方式;K1、K4闭合、K2、K3打开时为中性点经高阻接地不接地方式。电网各相对地电容为C、对地绝缘电阻为r,CN为附加直流隔离电容,由于CN值较大,其容抗较小,在分析时可以忽略不计。

假设A相发生人身触电或漏电故障,其电阻值为R,则漏电电流为:

对图1进行分析,可得不同接地方式下的漏电电流分别如式(2)~(5)所示。

中性点不接地:

式中,Uφ为系统相电压。

中性点经高阻接地:

中性点经电抗接地:

中性点经电抗串电阻接地:

据统计,我国井下低压电网的对地分布电容0.1~1.0μF/相[1,4]。因此,可仿真出式(2)~(5)在不同电网参数下的漏电电流值。图2为漏电电流随漏电电阻变化的曲线,其中r=50 kΩ,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。图3为人身触电电流随电网绝缘电阻变化的曲线,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。其中图3(c)和图3(d)为过补偿状态。

对于r不同值的情况,其漏电电流值的变化规律与图2基本相同。通过对上述漏电电流值的分析可见,矿井低压电网中性点不论采用何种接地方式,当发生人身触电时(一般对于井下低压电网人身电阻在500~1 500Ω,习惯上取1 000Ω)人身触电电流均大于30 m A。

中性点经电抗接地可以减少人身触电电流,但是由于采用固定补偿方式,在绝大多数情况下得不到全补偿,补偿效果最多能达到50%~60%[1];即使在最佳补偿状态下人身触电电流仍很难达到安全要求。同时,中性点经电抗接地时可引起串联谐振过电压,其值可能达到电网相电压的4~5倍以上;当开关的三相触头不同期合闸时,将会造成一相接地假象引起漏电保护误动作。在采用补偿以后,必然减小故障支路的电流。当过补偿时,还会造成故障支路零序电流相位的改变,势必会影响到漏电保护的准确性。

对于中性点经电阻接地方式,只要电阻值选取合适,不仅可以减小人身触电电流值,还可以抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,有利于电网的安全运行。对于中性点经电抗串电阻接地方式,其电抗可以起到一定的补偿作用;串联电阻对于抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,也是有效的。由于中性点电阻的存在,为漏电保护提供了一定的条件。由此可见,最好采用中性点经电阻或电抗串电阻接地方式并加快漏电保护动作的速度,来保证人身安全。

2 矿井低压电网漏电保护

2.1 附加直流电源相对值法漏电保护

总开关所采用附加直流电源漏电保护为保证与下级线路的选择性,要靠延长时间来实现,两级选择性漏电保护装置之间的动作时限级差约为200~500 ms。为解决上述问题,在本文中采用了上下级通信闭锁的方法。其原理如下:当分支开关检测到本支路有漏电故障时就向总开关发出闭锁信息,一直到故障切除,总开关收到闭锁信息后将保护闭锁。为实现总开关到分支开关之间线路的漏电保护功能和对分支开关的后备保护作用,总开关闭锁功能一般只维持很短时间(即躲下级保护跳闸时间,由于分支开关漏电保护要求50 ms跳闸,考虑到一定的可靠系数一般可设80 ms),此时不论闭锁信号是否解除,总开关的漏电保护都恢复工作。如此设置后总开关的漏电保护延时就为80 ms,与现有漏电保护相比较好地减小了延时时间,提高了人身触电的安全性。根据现有附加直流电源漏电保护原理动作值易受电网电压波动因素的影响,而采用了附加直流电源相对值的方法,即将电网不同电压下的漏电电阻值转换为额定电压下的值来进行判断。

2.2 零序电导法选择性漏电保护

针对现有选择性漏电保护存在的整定困难、准确性较差等问题[5,6,7,8,9,10,11],本文针对中性点经高阻接地或电抗串高阻接地方式分析了基于零序电导的选择性漏电保护在选择性和保护整定等方面的优越性。

由图4可知:非故障线路所测的零序导纳为:

故障线路所测的零序导纳为:

对上述测量导纳取其电导部分则可得:

由式(8)可见非故障线路的零序测量电导等于该线路对地电导。故障线路的零序测量电导等于所有非故障线路的零序测量电导与中性点电导之和,且方向与非故障线路相反。因此,可以通过零序测量电导的大小或方向来判断故障线路。由于煤矿低压电网各线路的漏电保护装置一般都安装在其防爆开关内,群体比幅和比相的方法在应用中存在一定的困难,因此,对各支路零序电导大小和方向的测量要求精度较高。

对于非故障线路其零序电流可能非常小,尤其是在高阻接地故障情况下。这时由于零序电流互感器、测量、计算等误差的影响,可能出现方向误判的现象。为了防止此时零序电导方向法的误动作,在本方法中除判断方向外还需判断其大小。

对式(8)取其幅值可知:

考虑一定的可靠系数,电导可整定为

由式(8)~(10)可知,其整定值只与中性点所加电阻有关,而与电网参数无关,现场应用非常简单方便。

基于上述零序电导的漏电保护在应用中除整定电导大小外,与其他漏电保护一样还需整定保护的启动判据零序电压。在本方法中由于电导的判据与漏电电阻无关,即与零序电压无关,因此零序电压的整定只需考虑保护的灵敏性和不误动即可。

3 实验与结论

设计了以DSP为核心的低压防爆开关微机综合保护装置[6,7,8,9,10,11]对上述结论进行了验证。本实验室煤矿低压模拟电网如图4所示。实验中NR=1 kΩ。总漏电保护的动作值整定值为11 kΩ,闭锁时间80ms,G0K=0.8gN。分支线路的漏电保护实验在第三条线路上进行,可变电阻R用来模拟漏电电阻。

实验时各个断路器处都有一台保护装置,各个保护的零序电压都取自U0,由于保护中有隔离部分因此不互相影响。零序电流由对应线路的零序电流互感器获取。

通过实验可见只要实验时零序电压大于整定值各分支线路的漏电保护都能准确动作,且各线路对地参数的改变对保护动作的准确性无影响。当将中性点电阻改为NR=1.5 kΩ、NR=2 kΩ时与上述实验结果相同。总开关采用的附加直流电源相对值法漏电保护其实验动作电阻与整定值的误差小于5%。当人为将分支故障线路的保护闭锁时总开关均可靠跳闸,时间小于100 ms(故障跳闸时间的测量是通过记忆示波器测量零序电压的保持时间来实现的)。

通过分析和实验可知,井下低压电网中性点经高阻接地和中性点经电抗串高阻接地对减小人身触电电流、抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压等方面都有较好的作用,有利于电网的安全运行。同时由于中性点电阻的存在为漏电保护提供了必要的检测信号,对提高漏电保护的准确性和快速性非常有利。具有闭锁功能的附加直流电源相对值法漏电保护提高了总开关漏电保护的动作速度,减小了电网电压波动对动作值的影响。基于零序电导法的选择性漏电保护利用零序电导的大小和方向作为判据,减小了过渡电阻对漏电保护的影响。整定电导值的大小主要与所加高阻有关而与电网参数无关,便于现场的应用和推广。

摘要：在分析矿井低压电网中性点不同接地方式下漏电电流特征的基础上,从人身触电电流、漏电保护等方面详细比较了各种接地方式的优缺点,得出了中性点经高阻接地或中性点经电抗串高阻接地更适合矿井低压电网的结论。针对上述中性点接地方式的特征,论述了零序电导法在矿井低压电网选择性漏电保护中的应用,分析了其在漏电保护动作准确性和整定简单等方面的优越性。利用通信闭锁和相对值的方法提高了附加直流电源漏电保护的快速性和动作值的稳定性。通过实验验证了上述方法的有效性。

关键词：人身触电,漏电保护,矿井低压电网,选择性,中性点接地

参考文献

[1]唐轶,陈奎,吕良.矿井低压配电网中性点接地方式的研究[J].煤炭科学技术,2002,30(7):40-43.TANG Yi,CHEN Kui,Lü Liang.Research on neutral point grounding method for mine low voltage power distribution network[J].Coal Science and Technology,2002,30(7):40-43.

[2]唐轶.选择性漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,1995.TANG Yi.Selective leakage protection[M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,1995.

[3]Thomas N.The effects of very high resistance grounding on the selectivity of ground-fault relaying in high-voltage longwall power systems[J].IEEE Trans Ind Appl,2001,37(2):398-406.

[4]牟龙华,孟庆海,胡天禄.基于故障分量有功功率的选择性漏电保护[J].中国矿业大学学报,2002,31(4):380-383.MU Long-hua,MENG Qing-hai,HU Tian-lu.Selective ground-fault protection based on active power of faulted components[J].Journal of China University of Mining&Technology,2002,31(4):380-383.

[5]胡天禄.矿井电网的漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,1987.HU Tian-lu.The leakage protection of underground network[M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,1995.

[6]苏文辉,李钢.一种能滤去衰减直流分量的改进全波傅氏算法[J].电力系统自动化,2002,26(23):42-44.SU Wen-hui,LI Gang.An improved full-wave fourier algorithm for filtrating decay INGDC component[J].Automation of Electric Power Systems,2002,26(23):42-44.

[7]李永丽,陈超英,贺家李.一种基于半波傅氏算法的继电保护快速算法[J].电网技术,1996,20(1):52-55.LI Yong-li,CHEN Chao-ying,HE Jia-li.A fast algorithm based on half cycle Fourier algorithm for protective relaying[J].Power System Technology,1996,20(1):52-55.

[8]李斌,李永丽,贺家李.一种提取基波分量的高精度快速滤波算法[J].电力系统自动化,2006,30(10):39-43.LI Bin,LI Yong-li,HE Jia-li.Accurate and fast filtering algorithm for fundamental component[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(10):39-43.

[9]唐轶,陈庆,刘昊.补偿电网单相接地故障选线[J].电力系统自动化,2007,31(16):83-86.TANG Yi,CHEN Qing,LIU Hao.Detecting single phase to ground fault feeder in compensation networks[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(16):83-86.

[10]曾祥君,尹项根,张哲,等.零序导纳法馈线接地保护的研究[J].中国电机工程学报,2001,21(4):5-10.ZENG Xiang-jun,YIN Xiang-gen,ZHANG Zhe,et al.Study on feeder grounding fault protection based on zero sequence admittance[J].Proceedings of the CSEE,2001,21(4):5-10.