关于高压配电系统中性点接地方式的若干思考

高压配电系统中, 中性点接地方式的选择仍属于综合性的技术问题, 中性点直接接地、不接地、经消弧线圈接地或经小电阻接地均有其独特的优缺点。综合城市及工业配电网中性点接地方式的发展历程来看, 并不存在有绝对优势的中性点接地方式, 主要是依据传统做法与运行经验进行确定的。从20世纪50年代至60年代以后德中性点接地方式转变来看, 大致经历了由中性点经消弧线圈接地到经小电阻接地、直接接地方式的转变, 但同时经消弧线圈接地的方式在部分城市仍有所保留。从国际电工委员会 (IEC) 的评估标准来看, 中性点接地方式并存是存在其技术根源的, 接地方式的选择应依据电网条件, 在技术经济比较的基础上进行确定。

1 高压配电系统中性点接地方式分析

第一, 中性点直接接地方式。主要指系统单相接地时, 接地中性点可由此构成单相短路, 系统即会根据零序分量特征形成零序电流保护, 并于保护动作后跳闸。由于系统中性点直接接地, 因不对称短路引发的工频电压相对而言升高较小, 操作过电压与系统绝缘水平的要求也会相应的降低。

第二, 中性点经消弧线圈接地。所谓消弧线圈, 是指电感线圈铁心具有间隙, 并安装于变压器的中性点。系统单相接地时, 消弧线圈所产生电感电流就可用于补偿接地点电容电流, 进而削弱接地电流, 使接地电弧熄灭不致构成较大危害。通常来说, 消弧线圈的补偿方式包括3类:全补偿、欠补偿与过补偿, 其中过补偿应用较为普遍。与旧式消弧线圈无法根据电网参数变化及时调节分接头相比, 目前开发的自动跟踪补偿式消弧线圈则弥补了这一缺陷, 其核心元件能根据单相接地时的系统脱谐度、电容电流变化, 实现消弧线圈直流励磁的自动调节, 改变电感补偿电流, 进而改善消弧线圈的应用条件。

第三, 电阻接地方式。等同于在零序阻抗上并联电阻R, 通过系统对地电容电流与电阻形成并联回路, 达到抑制谐振过电压的功效。出现接地故障时, 中性点产生的电压可快速切除故障并降低设备绝缘水平。

第四, 不接地方式。系统对称运行时, 负载、电源中性点电压为零;单相接地故障时, 非故障相对地最高可增强1.732倍 (等于线电压) , 而故障相对地电压在极端情况可降至0。故障发生时, 系统线电压短时间内可保持对称不变, 不影响用户供电。当负荷电流与单相接地电流相差不大且线路较短时, 较小的接地电容电流值不致形成稳定电弧, 一般会迅速熄灭, 不会导致继电保护出现跳闸。若接地点电容电流值相对较高, 则电流过零后接地点电弧可能有间歇性地熄灭、重燃, 中性点不接地所产生的电荷积累最终会致使故障相、健全相产生过电压, 遇有绝缘薄弱的电气设备时, 极有可能因遇到该过电压发生危险。

2 中性点接地方式选择的基本要素

第一, 供电可靠性。依据高压配电网的故障统计, 系统单相接地故障占总故障高达4/5强。其中, 单相接地故障又可细分为暂时性故障与永久性故障。通常来说, 架空线路的暂时性故障较多, 若出现永久性故障则应及时停电以排除故障;电缆出线的单相接地故障则大多可判定为永久性故障。当经消弧线圈接地、中性点不接地系统出现单相接地故障时, 在运行1h~2h后要给予报警, 供电可靠性相对而言要高一点。而当中性点有效接地电网出现单相接地故障, 故障电流较大, 通常会以跳闸保护动作消除一般瞬时性故障, 在配电网应用自动重合闸装置后, 成功率可高达80%以上, 能有效地确保供电可靠性。

第二, 系统绝缘水平与经济性。设备绝缘水平直接受系统中性点接地方式的影响设备。当中性点不接地系统出现单相接地故障时, 非故障相电压会由相电压转为线电压, 过电压值较高, 配电系统的绝缘水平即应依据线电压的高低进行设计。总结来说, 35kV及以下电压等级电网宜采用全绝缘变压器, 设备绝缘水平对造价高低影响较弱, 采用经消弧线圈接地或中性点不接地的方式都能满足配电系统的正常运行。而110kV及以上电网, 鉴于相关配电设备如变压器等造价与绝缘水平成正比关系, 在造价控制的考量下, 220kV及以上型号变压器所采用的高压绕组均属于分级绝缘, 或者说中性点绝缘水平要低于绕组首端的方式, 综合考量其它相关因素, 中性点接地方式应当采用直接接地方式。

第三, 继电保护的可靠性。就继电保护构成原理的视角来看, 中性点不接地系统能够通过故障元件与非故障元件零序电流以及零序电流方向间的差别特点形成选检接地装置, 以更快速地检测接地元件, 保护能选择性地动作于信号或跳闸。而当出线较少时且与正常负荷电流相差无几时, 基于电流大小形成的保护原理在选择性上就会大大削弱。其次, 经消弧线圈接地的保护由于对消弧线圈脱谐度的限制, 零序电流大小、电流方向基本一致, 很难根据其特征构成有效保护, 性能可靠度较低, 尤其是消弧线圈接地电网经自动调谐后, 其保护动作的可靠性会进一步降低。再次, 中性点直接接地系统, 与不接地方式相类似, 可通过零序分量的特征构成接地保护, 单相接地时可保护动作于跳闸以实现故障的切除。

第四, 随着城乡电网改造的基本结束, 高压配电系统的设备及接线均出现了不同程度的变化, 电缆线路就广泛应用于城市配电网, 线路长度与截面均出现了相应变化, 固有的中性点接地方式未必仍适用于目前的实际情况, 需要重新确定。同时, 在中性点接地方式的选择、确定方面, 还需要考虑到城市配电网络的发展余地, 确保方式的选择在相当长一段时间内能做到最为合理。

3 结语

综合以上关于高压配电网中性点接地方式的特征及选择原则的分析, 大致可得出如下结论:110kV及以上的系统宜应用直接接地系统;而中性点不接地的运行方式则主要适用于35kV及以下系统, 若故障点电容电流高于规定值, 则考虑采用经消弧线圈的接地方式。此外, 中性点接地方式的选择必需综合考量配电系统的安全性、经济型以及可靠性等基本因素, 确保配电系统中性点接地方式能在较长一段时间内满足经济合理的基本需求。

摘要：中性点接地方式的选择是高压配电系统中的重要技术问题。本文即通过高压配电系统中四种中性点接地方式的特征分析, 从供电可靠性、系统绝缘水平与经济性、继电保护的可靠性等方面对此问题作了综合性地考虑, 归纳出高压配电系统中性点接地方式的基本原则。

关键词：高压配电系统,中性点接地方式,选择

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