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摘要:本文通过比较传统配电网中性接地方式的优缺点,根据10KV中性点灵活接地方式提出了一种新型的35KV中性点灵活接地方案。
关键词:35KV 中性点 灵活接地
0 引言
电力系统的中性点接地方式大致可分为两类:中性点有效接地和中性点非有效接地。中性点有效接地方式包括中性点直接接地和经低电阻、低电抗接地;中性点非有效接地方式包括中性点不接地、经消弧线圈接地和经高电阻接地。中性点接地方式的选择是一个综合性的技术问题,直接关系到电力设备的绝缘水平、过电压水平、电网供电可靠性、通信干扰、接地保护方式、人身及设备安全等很多方面,是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。
1 35KV系统中性点灵活接地分析
我国6～35kV配电网具有数量庞大、分布面广的特点,因此中性点接地方式的选择对电网供电可靠性和安全运行的影响至关重要。目前,我国配电网中性点接地方式主要包括:中性点不接地、经消弧线圈接地和电阻接地方式等。这三种接地方式优缺点分析比较如下:
1.1 中性点不接地方式 优点:发生单相接地故障时,故障电流较小,线电压维持平衡,对用户供电无大的影响,不必立即跳闸;有利于瞬时性故障自动熄弧,供电可靠性高;故障点耗散功率小,对人身及设备安全的威胁小;对通讯线路及信号系统干扰小。缺点:由于中性点没有电荷释放通路,长时间带故障运行,容易引发间歇性弧光过电压,非故障相电压升高会引发PT谐振、断线谐振等暂态过电压,造成污闪、PT烧毁、多点接地故障等。
1.2 经消弧线圈接地方式 优点:在电网发生单相接地时产生感性电流以补偿电容电流,使故障点残流变小,达到自然熄弧、消除故障的目的。消弧线圈的使用,对抑制间歇性弧光过电压,消除电磁式电压互感器铁芯饱和引起的谐振过电压,降低线路故障跳闸率,避免单相接地扩大为相间短路,以及减少人身触电和设备的损坏都有明显的效果。缺点:消弧线圈接地只能降低间歇性弧光接地过电压发生的概率而不能完全消除,调谐不当有可能发生工频谐振。永久性单相接地故障时,电流小、故障特征不明显,难以满足继电保护装置灵敏度要求,不能真正实现故障线路和故障点的快速定位和隔离。
1.3 经电阻接地方式 优点:中性点电阻的阻尼作用使单相接地时电容充电的暂态电流受到抑制,基本消除了间歇性电弧过电压的可能性,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。同时接地特征明显,能满足继电保护灵敏度的要求。缺点:经低电阻接地时,故障电流增加到数百安培,会引起地电位升高、通信干扰等问题。经高阻接地电容电流不宜过大,一般不宜大于4～5安培,所以高阻接地的局限性较大。每次接地断路器均立即跳开线路,降低供电可靠性(特别对架空线网络),频繁的分、合闸使断路器及其他相关设备负担重。
从上述比较可以看出,以自动调谐消弧线圈接地方式为代表的小电流接地方式,在供电可靠性、人身设备安全、电磁兼容性、故障点熄弧能力等方面都占有优势,但存在过电压水平较高、故障选线困难等不足。中性点经小电阻接地有利于限制过电压水平、接地故障容易检测,但小电阻接地方式下故障电流大,对人身设备安全和电磁兼容性的影响应予以重视。为了充分发挥经消弧线圈和电阻接地方式的优势并克服其缺点,一种适用于10kV配电网可灵活调节的接地方式(即10kV配电网中性点灵活接地方式)被提出,后又经过了改进,如图1所示。改进后这种接地方式的工作原理为:电网正常运行时,消弧线圈和1200Ω接地电阻(由2个600Ω电阻串联组成)并联,消弧线圈预调至最佳补偿状态;当发生瞬时性单相接地故障时,消弧线圈直接补偿,使故障电流小于一定值,并联的1200Ω接地电阻可以抑制瞬时故障引起的过电压,从而使系统继续正常运行而不停止供电的同时降低线路设备受过电压的冲击;当发生永久性单相接地故障时,将接地电阻1200Ω改为600Ω,抑制间歇性弧光接地过电压,并为故障选线提供特征明显的零序有功电流,从而对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障进行选线。另外,接地电阻的接入,可有效区分虚幻接地与高过渡电阻接地。瞬时性单相接地故障时,消弧线圈直接补偿,使故障电流小于一定值,并联的1200Ω接地电阻可以抑制瞬时故障引起的过电压,从而使系统继续正常运行而不停止供电的同时降低线路设备受过电压的冲击;当发生永久性单相接地故障时,将接地电阻1200Ω改为600Ω,抑制间歇性弧光接地过电压,并为故障选线提供特征明显的零序有功电流,从而对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障进行选线。另外,接地电阻的接入,可有效区分虚幻接地与高过渡电阻接地。
目前的中性点灵活接地方式尽管可以一定程度上减弱故障暂态过电压对设备的冲击,并且选线精度也比谐振接地方式有所提高,但是谐振接地系统存在的诸如过电压、残流过大等一些不足也继承了下来,需要对其进一步研究,提出新的灵活接地方案。
35kV新型灵活接地系统的中性点构造方式如图2所示。其中故障选线电阻Rxx的阻值为350Ω;并联电阻Rdb的阻值为60Ω;L为消弧线圈;Rxx、L与系统中性点相连的开关为常开开关,Rdb与系统中性点相连的开关为常闭开关。
整个新型灵活接地方式的工作原理为:电网正常状态时,可采用预调节方式,对电网进行跟踪测量,长期并接Rdb电阻以限制中性点位移电压,并随时为抑制故障时暂态过电压做准备;当发生瞬时性接地故障时,消弧线圈经过一定延时并在Rdb电阻退出前投入进行补偿,随后Rdb电阻立即退出,以实现抑制暂态过电压与暂态残流的目的,并使接地点电流大大减小,接地电弧很大程度上自行熄灭,而且恢复电压上升速度大大减缓,电弧难以重燃;发生永久性接地故障时,短时并接选线电阻Rxx进行故障选线,配合接地保护及时排除故障。
2 结论
综上所述,35kV配电网中性点灵活接地方式兼容了补偿电容电流、抑制配电网内部过电压、实现故障选线三方面的优点,是一种可综合治理35kV配电网单相接地故障危害的新型接地方式。但目前的灵活接地方式在限制单相接地故障暂态过电压与抑制故障暂态残流方面还存在一些需要改进的地方,在接地方式上还没有真正实现“灵活”,研究新型灵活接地方式还是十分必要的。
参考文献:
[1]苏建设,陈陈.一种新型消弧补偿装置的暂态性能的仿真研究[J].继电器.2003.31(1):84-89.
[2]解广润.电力系统过电压[M].北京:水利电力出版社.1985.
[3]蔡怡耿.中压电网中性点接地方式的选择[J].电气&智能建筑(建筑强电册).2003.06:26-29.
关键词:35KV 中性点 灵活接地
0 引言
电力系统的中性点接地方式大致可分为两类:中性点有效接地和中性点非有效接地。中性点有效接地方式包括中性点直接接地和经低电阻、低电抗接地;中性点非有效接地方式包括中性点不接地、经消弧线圈接地和经高电阻接地。中性点接地方式的选择是一个综合性的技术问题,直接关系到电力设备的绝缘水平、过电压水平、电网供电可靠性、通信干扰、接地保护方式、人身及设备安全等很多方面,是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。
1 35KV系统中性点灵活接地分析
我国6～35kV配电网具有数量庞大、分布面广的特点,因此中性点接地方式的选择对电网供电可靠性和安全运行的影响至关重要。目前,我国配电网中性点接地方式主要包括:中性点不接地、经消弧线圈接地和电阻接地方式等。这三种接地方式优缺点分析比较如下:
1.1 中性点不接地方式 优点:发生单相接地故障时,故障电流较小,线电压维持平衡,对用户供电无大的影响,不必立即跳闸;有利于瞬时性故障自动熄弧,供电可靠性高;故障点耗散功率小,对人身及设备安全的威胁小;对通讯线路及信号系统干扰小。缺点:由于中性点没有电荷释放通路,长时间带故障运行,容易引发间歇性弧光过电压,非故障相电压升高会引发PT谐振、断线谐振等暂态过电压,造成污闪、PT烧毁、多点接地故障等。
1.2 经消弧线圈接地方式 优点:在电网发生单相接地时产生感性电流以补偿电容电流,使故障点残流变小,达到自然熄弧、消除故障的目的。消弧线圈的使用,对抑制间歇性弧光过电压,消除电磁式电压互感器铁芯饱和引起的谐振过电压,降低线路故障跳闸率,避免单相接地扩大为相间短路,以及减少人身触电和设备的损坏都有明显的效果。缺点:消弧线圈接地只能降低间歇性弧光接地过电压发生的概率而不能完全消除,调谐不当有可能发生工频谐振。永久性单相接地故障时,电流小、故障特征不明显,难以满足继电保护装置灵敏度要求,不能真正实现故障线路和故障点的快速定位和隔离。
1.3 经电阻接地方式 优点:中性点电阻的阻尼作用使单相接地时电容充电的暂态电流受到抑制,基本消除了间歇性电弧过电压的可能性,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。同时接地特征明显,能满足继电保护灵敏度的要求。缺点:经低电阻接地时,故障电流增加到数百安培,会引起地电位升高、通信干扰等问题。经高阻接地电容电流不宜过大,一般不宜大于4～5安培,所以高阻接地的局限性较大。每次接地断路器均立即跳开线路,降低供电可靠性(特别对架空线网络),频繁的分、合闸使断路器及其他相关设备负担重。
从上述比较可以看出,以自动调谐消弧线圈接地方式为代表的小电流接地方式,在供电可靠性、人身设备安全、电磁兼容性、故障点熄弧能力等方面都占有优势,但存在过电压水平较高、故障选线困难等不足。中性点经小电阻接地有利于限制过电压水平、接地故障容易检测,但小电阻接地方式下故障电流大,对人身设备安全和电磁兼容性的影响应予以重视。为了充分发挥经消弧线圈和电阻接地方式的优势并克服其缺点,一种适用于10kV配电网可灵活调节的接地方式(即10kV配电网中性点灵活接地方式)被提出,后又经过了改进,如图1所示。改进后这种接地方式的工作原理为:电网正常运行时,消弧线圈和1200Ω接地电阻(由2个600Ω电阻串联组成)并联,消弧线圈预调至最佳补偿状态;当发生瞬时性单相接地故障时,消弧线圈直接补偿,使故障电流小于一定值,并联的1200Ω接地电阻可以抑制瞬时故障引起的过电压,从而使系统继续正常运行而不停止供电的同时降低线路设备受过电压的冲击;当发生永久性单相接地故障时,将接地电阻1200Ω改为600Ω,抑制间歇性弧光接地过电压,并为故障选线提供特征明显的零序有功电流,从而对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障进行选线。另外,接地电阻的接入,可有效区分虚幻接地与高过渡电阻接地。瞬时性单相接地故障时,消弧线圈直接补偿,使故障电流小于一定值,并联的1200Ω接地电阻可以抑制瞬时故障引起的过电压,从而使系统继续正常运行而不停止供电的同时降低线路设备受过电压的冲击;当发生永久性单相接地故障时,将接地电阻1200Ω改为600Ω,抑制间歇性弧光接地过电压,并为故障选线提供特征明显的零序有功电流,从而对过渡电阻小于3000Ω的单相接地故障进行选线。另外,接地电阻的接入,可有效区分虚幻接地与高过渡电阻接地。
目前的中性点灵活接地方式尽管可以一定程度上减弱故障暂态过电压对设备的冲击,并且选线精度也比谐振接地方式有所提高,但是谐振接地系统存在的诸如过电压、残流过大等一些不足也继承了下来,需要对其进一步研究,提出新的灵活接地方案。
35kV新型灵活接地系统的中性点构造方式如图2所示。其中故障选线电阻Rxx的阻值为350Ω;并联电阻Rdb的阻值为60Ω;L为消弧线圈;Rxx、L与系统中性点相连的开关为常开开关,Rdb与系统中性点相连的开关为常闭开关。
整个新型灵活接地方式的工作原理为:电网正常状态时,可采用预调节方式,对电网进行跟踪测量,长期并接Rdb电阻以限制中性点位移电压,并随时为抑制故障时暂态过电压做准备;当发生瞬时性接地故障时,消弧线圈经过一定延时并在Rdb电阻退出前投入进行补偿,随后Rdb电阻立即退出,以实现抑制暂态过电压与暂态残流的目的,并使接地点电流大大减小,接地电弧很大程度上自行熄灭,而且恢复电压上升速度大大减缓,电弧难以重燃;发生永久性接地故障时,短时并接选线电阻Rxx进行故障选线,配合接地保护及时排除故障。
2 结论
综上所述,35kV配电网中性点灵活接地方式兼容了补偿电容电流、抑制配电网内部过电压、实现故障选线三方面的优点,是一种可综合治理35kV配电网单相接地故障危害的新型接地方式。但目前的灵活接地方式在限制单相接地故障暂态过电压与抑制故障暂态残流方面还存在一些需要改进的地方,在接地方式上还没有真正实现“灵活”,研究新型灵活接地方式还是十分必要的。
参考文献:
[1]苏建设,陈陈.一种新型消弧补偿装置的暂态性能的仿真研究[J].继电器.2003.31(1):84-89.
[2]解广润.电力系统过电压[M].北京:水利电力出版社.1985.
[3]蔡怡耿.中压电网中性点接地方式的选择[J].电气&智能建筑(建筑强电册).2003.06:26-29.