电力系统中性点接地方式研究

电网中性点接地方式一、110kV及以上电网中性点接地方式二、配电网中性点接地方式主要内容110kV～500kV系统应该采用有效接地方式，即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比(X0/X1)为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比(R0/X1)为正值并且不大于1。110kV及220kV电网中变压器中性点直接接地，部分变压器中性点经间隙、避雷器或经间隙与避雷器并联接地。330kV及500kV系统中变压器中性点直接接地。为限制电网单相短路电流，110kV及以上变压器中性点可采用低电抗接地。110kV及以上电网中性点接地方式部分变压器中性点不接地：为了限制单相接地短路电流，防止通讯干扰和继电保护的整定配置等要求，一台变压器中性点直接接地，其余变压器的中性点经避雷器或保护间隙接地，或者经避雷器与保护间隙并联接地。110kV、220kV变压器中性点保护金属氧化物避雷器保护避雷器型号：110kV：Y1.5W-60/144220kV：Y1.5W-144/320缺点：发生单相接地且失地故障时，引起的过电压易使避雷器受损或爆炸。棒间隙参数：间隙结构：选用Φ12～16不锈钢棒，端部为半球头；间隙距离：110kV、220kV变压器分别选为105～115mm和255～300mm。缺点：采用分体式安装，距离调节不准，同心度差，放电后产生的电弧烧蚀电极；在雷电冲击下，产生截波，威胁设备绝缘安全；保护间隙不能自熄弧，需要靠继电保护切断电弧，引起继电保护误动。棒－棒间隙保护缺点：避雷器保护水平、棒间隙动作特性与变压器中性点的绝缘水平之间的配合要求很苛刻，难以实现。避雷器与间隙并联保护变压器中性点保护的发展：复合间隙可控间隙复合间隙结构示意图复合间隙结构设计及优点：采用复合绝缘子作机械支撑，将高、低压电极固定在绝缘子两端，间隙电极为羊角形。其放电电极和燃弧电极分离；具有同心度好、距离确定准确、安装调试方便和耐烧蚀性能强、放电电压稳定等优点；克服了分体式安装棒间隙的固有缺陷，更适合变压器中性点保护。复合间隙保护原则：(1)在雷电过电压作用下，间隙应击穿，保护变压器中性点绝缘，其雷电冲击放电电压与变压器中性点的雷电冲击耐受水平协调配合。(2)系统发生单相接地故障时，中性点绝缘能耐受故障产生的过电压，间隙不应击穿，以免继电保护误动；当系统发生单相接地且中性点失地，或系统出现非全相运行、谐振故障等引起高于一定幅值的工频过电压时，间隙应击穿，箝住系统中性点，限制变压器中性点过电压。复合间隙（3）为防止雷电侵入波引起误动，建议变压器中性点零序电流电压保护整定时间由现行的0.3～0.5s延长到0.8s，一次侧电流取50～100A。复合间隙通过雷电冲击和工频放电试验，选取了复合间隙的各元件参数。复合绝缘子35kV、110kV等级羊角电极Φ14-75°，直径为14mm，夹角为75°。间隙距离110kV：70～100mm220kV：240～280mm保护原理：可控间隙与避雷器并联使用。雷电及暂态过电压下，由避雷器动作限制过电压，可控间隙不应动作。当系统发生单相接地(不失地)故障时，此过电压对中性点绝缘无威胁，可控间隙不动作。发生工频过电压(孤立不接地系统单相接地且失地或非全相运行)时，可控间隙动作，保护变压器中性点绝缘和避雷器。可控间隙结构：可控间隙主要由固定间隙、控制间隙和电容均压回路组成；羊角间隙用作固定间隙，采用真空开关控制可控间隙的自动击穿。可控间隙可控间隙与避雷器并联保护示意图电容均压回路结论复合间隙其放电电极和燃弧电极分离；具有同心度好、距离确定准确、安装调试方便和耐烧蚀性能强、放电电压稳定等优点；克服了分体式安装棒间隙的固有缺陷，更适合变压器中性点保护。为防止雷电侵入波引起误动，建议变压器中性点零序电流电压保护整定时间由现行的0.3～0.5s延长到0.8s，一次侧电流取50～100A。该产品已获国家实用新型专利(专利号为ZL200520000584.9)。结论可控间隙有效解决了间隙、避雷器及棒间隙与避雷器并联保护存在的问题；可控间隙与避雷器并联可有效保护变压器中性点。该产品已获国家实用新型专利，发明专利正在审批之中。配电网中性点接地方式中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经低电阻接地中性点经高电阻接地中性点经消弧线圈并联电阻接地中性点不接地方式主要应用于电网的电容电流不大于10A的配电网中。优点可带故障持续运行两小时，供电可靠性高。发生单相接地故障时流过故障点的电流为电容电流，跨步电压和接触电压低，对信息系统的干扰小。缺点当电网发生单相接地故障时，还存在产生间歇性弧光接地过电压的概率，会发展成相间短路故障，造成事故的扩大。中性点不接地电网的电容电流大于10A时应采用消弧线圈接地。优点：补偿电容电流，减缓恢复电压的上升速度，有利于接地电弧的熄灭，降低了间歇性弧光接地过电压发生的概率，使得大多数瞬时性接地故障自动消失。消弧线圈的感抗比电磁式电压互感器的励磁电抗小的多，两者处于并联状态，能够抑制电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振现象。中性点经消弧线圈接地缺点：消弧线圈接近于全补偿运行时，会放大中性点的位移电压，出现“虚幻接地”现象。消弧线圈接地仅能降低发生弧光接地过电压的概率，并不能完全消除弧光接地过电压。单相接地故障选线准确率低。中性点经消弧线圈接地配电网中性点经电阻接地分为：高阻接地和低电阻接地，其接地点阻性电流的范围如下所示：中性点经电阻接地电阻接地方式高电阻低电阻单相接地故障电流10A几百安培及以上中性点经电阻接地方式的划分电容电流小于10A的电网，为限制暂态过电压和实现单相接地故障准确选线，中性点宜采用高阻接地。可以抑制和阻尼间歇性弧光接地过电压和多种谐振过电压，使过电压倍数降低到3.0p.u.以下。可以利用零序有功分量方法实现单相接地故障准确选线。高电阻接地纯电缆网络或以电缆为主的电网，中性点可采用低电阻接地，不宜在架空网络或架空电缆混合网络中应用。可降低暂态过电压，使过电压倍数降低至2.5p.u.以下。可快速切除单相接地故障线路。低电阻接地中性点经消弧线圈并联电阻接地方式充分发挥了消弧线圈补偿电容电流和中性点电阻释放线路残余电荷的优点，可以有效限制暂态过电压，实现单相接地准确故障选线。中性点经消弧线圈并联电阻接地电网中性点系统地LR电网中性点系统地中性点经消弧线圈并联电阻接地装置主要由可自动调谐的消弧线圈、中性点接地电阻器、控制器以及相应的检测元件等组成。消弧线圈并联电阻接地装置T为接地变压器；L为可自动调谐的消弧线圈；Rb为中性点接地电阻器，用于抑制电网内部过电压以及实现单相接地故障选线；KG为开关，用于控制中性点接地电阻器的投切；CT1，CT2，…，CTn为线路零序电流互感器，用于出线零序电流的监测，实现单相接地故障选线。中性点经消弧线圈并联电阻接地方式以可自动调谐的消弧线圈为基础，配以中性点并联接地电阻器，以达到补偿电容电流、降低过电压水平、实现单相接地故障线路检测的功能。按照电网正常运行、电网发生单相永久性接地故障分别介绍该中性点接地方式的运行控制策略。消弧线圈并联电阻接地的工作原理当电网正常运行时，中性点长期接入消弧线圈和接地电阻器，充分发挥中性点接地电阻抑制谐振过电压的作用。若装置采用预调节方式，则实时跟踪电网参数的变化，需要调整时，控制器发出指令自动调整消弧线圈的档位，保证消弧线圈始终工作在残流为最小的最佳工作点，等待电网接地故障的发生。若装置采用跟踪调节方式，则装置只实时跟踪电网参数的变化，不需要实时调整消弧线圈的档位，只在故障时迅速调节消弧线圈的档位至最佳补偿档。电网正常运行若故障为永久性单相接地故障，进行故障选线。中性点接地电阻的接入将有利于电弧熄弧和重燃过程中积累的多余电荷的释放，大大限制了弧光接地过电压的幅值。中性点接地电阻的切除使控制器得到了充分的故障选线信息，便于快速做出选线判断，选线后可给出报警信号或使相应线路断路器跳闸以跳开故障线路。电网发生单相永久性接地故障配电网中常见的过电压主要有以下几种类型：线性谐振过电压、间歇性电弧接地过电压、铁磁谐振过电压，包括断线谐振过电压以及PT饱和过电压。对电网过电压的抑制作用机理分析电力网中不带铁芯的电感元件(如输电线路的电感,变压器的漏感等）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件(如消弧线圈等）和电网中的电容元件（如线路对地电容等）在电网不对称电压的作用下由于发生串联谐振而产生的过电压,称为电网的线性谐振过电压。电网线性谐振过电压最常见的表现形式就是中性点电压的位移现象。在DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》电力行业规程对中性点位移电压的数值做出了如下明确的要求：“消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%”。对线性谐振过电压的抑制作用分析对线性谐振过电压的抑制作用分析电网正常运行时，经消弧线圈接地电网的零序等值电路是一个串联谐振电路，如下图所示，图中L、gL分别为消弧线圈的电感和等值电导；C、g为电网每相对地电容和对地泄漏电导；Uun为不对称电压。由右图求得中性点位移电压：式中d－电网的阻尼率，v－电网的脱谐度，jdνUUun0C3ωgg3dLC3ωLω1C3ων正常绝缘的架空网络，对地泄漏电导g不超过对地电容的3%～5%，电缆网络的对地泄漏电导g不超过对地电容的2%～4%，消弧线圈的等值电导约为电抗值的1.5%～2.0%；架空线路的不对称电压一般为相电压的0.5%～1.5%，个别可达2.5%以上。电网经消弧线圈接地时，当电网的Uun=2.5%，d=5%，接地残流5A条件下的不同电网规模的中性点位移电压Uo如下：对电网线性谐振的限制效果分析I,AC0,uFUundv(残流5A)U0（单纯消弧线圈）U0（消弧线圈并联电阻）102.9192.50%5%0.5004.98%3.35%205.8382.50%5%0.2509.81%4.69%308.7562.50%5%0.16714.37%6.75%4011.6752.50%5%0.12518.57%8.65%5014.5942.50%5%0.10022.36%10.41%6017.5132.50%5%0.08325.72%12.03%7020.4322.50%5%0.07128.67%13.54%8023.3502.50%5%0.06331.23%14.94%9026.2692.50%5%0.05633.45%16.24%10029.1882.50%5%0.05035.36%17.46%可以看出电容电流超过30A时，Uo将超过15％；而采用中性点经消弧线圈并联电阻接地方式后，直至电网电容电流达80A，Uo仍小于15％,尚可满足规程DL/T620-1997中相关规定的要求。电网规模超过80A时，电网结构将主要以电缆线路为主，不对称电压Uun会大大减小，能够保证相应中性点位移电压不超过15％。因此，中性点经消弧线圈并联电阻接地方式中，中性点接地电阻能够有效限制中性点单一经消弧线圈接地引起的线性谐振现象。对电网线性谐振的限制效果分析电力系统中的电容、电感元件均为储能元件。当有操作和故障使电网工作状态发生变化时，将产生振荡性的过渡过程。在此过程中，由于电感元件中储存的磁场能会在某一瞬时转化为电场能储存于电容元件中，产生数倍于电源电压的过渡过程过电压，即所谓操作过电压，它的能量来源于电力系统本身，因而这类过电压的幅值与系统额定电压大致成正比，通常用系统的最高运行相电压幅值的倍数表示过电压数值的大小。对间歇性弧光接地过电压的抑制作用操作过电压的大小与电气设备的特性，以及系统结构、运行参数、操作或故障形式等因素有关，具有明显的随机性。在中性点非有效接地电网中，最常见的操作过电压是间歇电弧接地过电压，又称为弧光接地过电压。在接地故障电流每次自然过零时，接地电弧会有一个短暂的