知識!電力系統(tǒng)中性點接地的三種方式
電力系統(tǒng)的中性點接地有三種方式:有效接地系統(tǒng)(又稱大電流接地系統(tǒng))小電流接地系統(tǒng)(包含不接地和經(jīng)消弧線圈接地)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)(含小
電力系統(tǒng)的中性點接地有三種方式:
有效接地系統(tǒng)(又稱大電流接地系統(tǒng))
小電流接地系統(tǒng)(包含不接地和經(jīng)消弧線圈接地)
經(jīng)電阻接地系統(tǒng)(含小電阻、中電阻和高電阻)
電力系統(tǒng)
大電流接地系統(tǒng)
用于110kV及以上系統(tǒng)及。該系統(tǒng)在單相接地時,另外兩相對地電壓基本不變,系統(tǒng)過電壓較低,對110kV及以上系統(tǒng)抑制過電壓有利,但此時接地電流很大,運行設備很難長時間通過此電流,接地相對地電壓很低,甚至為零,系統(tǒng)電壓嚴重不平衡,許多電氣設備無法正常工作,必須及時切除接地點。大電流接地系統(tǒng)要求部分主變的中性點接地,避免單相接地時短路電流過大。這些主變必須有一個三角形接線的繞組,以構成零序通路,降低零序阻抗。主變的零序阻抗一般為正序阻抗的1/3,線路的零序阻抗一般為正序阻抗的3倍。
作為220kV樞紐變電站的主變必須并列運行。其中一臺主變的220kV側(cè)中性點和110kV側(cè)中性點必須直接接地,其他主變中性點通過間隙接地。好處是110kV側(cè)零序阻抗穩(wěn)定,有利于該110kV系統(tǒng)零序定值的計算和整定,零序過流保護的保護范圍變化很小,容易保持其階梯特性;未220kV系統(tǒng)提供穩(wěn)定的零序電源,保持220kV系統(tǒng)零序保護的方向性和穩(wěn)定性。主變220kV側(cè)中性點和110kV側(cè)中性點均加裝間隙保護,保護動作跳開各側(cè)斷路器。
作為220kV負荷變電站的主變必須分列運行。此時所有主變的220kV側(cè)中性點必須通過間隙接地,110kV側(cè)中性點全部接地運行。所有主變不能相220kV系統(tǒng)提供零序電流,110kV側(cè)零序阻抗穩(wěn)定。主變220kV側(cè)中性點加裝間隙保護,保護動作跳開各側(cè)斷路器。
作為鏈式接線的220kV變電站,其220kV側(cè)母線并列運行并有兩個電源。雖然主變分列運行,但必須有一臺主變的220kV側(cè)中性點直接接地,其他主變的220kV側(cè)中性點通過間隙接地。110kV側(cè)中性點必須全部直接接地。主變220kV側(cè)中性點加裝間隙保護,保護動作跳開各側(cè)斷路器。
目前運行的110kV變電站全部主變均分裂運行,其電源側(cè)母線為單電源。所以主變110kV側(cè)中性點通過間隙接地,并且不再加裝間隙保護。
0.4kV系統(tǒng)均采用大電流接地運行。對于Y/Y0接線的變壓器,零序阻抗很大。雖然接入的負荷多為單相負荷,由于每個負荷較小,并不一定會造成三相負荷電流嚴重不一致(中性點電流小于額定電流的25%),不會造成三相電壓嚴重不平衡。但當線路出現(xiàn)對地短路時,短路電流較小,往往不能使斷路器(空氣開關)跳開或熔斷器熔斷,致使事故擴大,許多情況下形成火災。此時應在變壓器中性點引線處加裝過流保護,跳開高壓側(cè)斷路器。顯然這是比較復雜的。
使用△/Y0接線的變壓器,可以克服這一缺點。但充油變壓器的分接開關制作比較困難,尤其是有載分接開關。△/Y0接線的變壓器雖然有零序阻抗低,三相電流不平衡時電壓差異不大的優(yōu)點,但是用時中性點電流仍不得超過額定電流的60%。為此315kVA及以下中小容量的變壓器(尤其是充油變壓器)多采用Y/Y0接線,而315kVA以上的變壓器(尤其是干式變壓器)多采用△/Y0接線。
目前,大型建筑物中供電多采用三相五線制,比原來的三相四線制多出一根地線。地線和零線在低壓屏(或變壓器)處是連在一起的(小電阻接地系統(tǒng)另有說明),從低壓屏引出時分為兩線。零序可接入單相負荷,會有工作電流,地線由于沒有工作電流,其電位始終與大地一致。為保證地線與大地的電位一致,還需按規(guī)定進行重復接地。而零線則不應再接地,更不能再與地線相連,避免地線中產(chǎn)生工作電流。電氣設備的金屬外殼均應與地線相連。當電氣設備絕緣損壞時,與地線形成回路,嚴重時造成保險絲熔斷或空氣開關跳開,而外殼電位基本不升高,對人身安全不會產(chǎn)生威脅。
小電流接地系統(tǒng)
系統(tǒng)的中性點全部不接地時,無論是架空線還是電纜,在正常運行時均有一三相對地基本相等的電容。由于容抗基本相等,所以三相對地電壓基本相等,中性點的對地電壓很低(不超過2%系統(tǒng)額定電壓)。當其中一相接地時,接地相對地電壓降低(金屬性接地時為零),非接地相對地電壓升高(金屬性接地時為線電壓),金屬性接地時接地點的電流為每相對地電容電流的3倍。系統(tǒng)中若接有測量對地電壓的電壓互感器,其輸出電壓為額定電壓(開口三角有固定接法)。根據(jù)這個電壓的高低,可以判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了單相接地。由于接地點只有電容電流,系統(tǒng)可以長期運行。但接地點的跨步電壓會對周圍人員的生命安全(20米內(nèi))產(chǎn)生很大的威脅,此外系統(tǒng)中監(jiān)視對地電壓的電壓互感器是按堅持8小時設計的。因此應盡快找出接地點并將其從電網(wǎng)中切除。接地點接觸不牢固時會產(chǎn)生電弧。由于電弧電流不大,當導線遠離接地點時電弧不能維持,會自動熄滅。間歇電弧電流會引起系統(tǒng)過電壓,電弧電流不大時,過電壓會限制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。
當此系統(tǒng)規(guī)模增大時,單相接地的電容電流也迅速增加,當接地點產(chǎn)生電弧時電弧不易熄滅,間歇電弧電流引起的系統(tǒng)過電壓會超過系統(tǒng)允許的范圍,造成設備絕緣擊穿,構成事故。
為了避免產(chǎn)生系統(tǒng)不能允許過電壓,并且使接地點的電弧容易熄滅,在中性點對地加裝一個電抗器,讓其產(chǎn)生的電感電流抵消接地點的電容電流,使接地點的接地電流下降,過電壓幅值降低到系統(tǒng)能夠忍受的程度,并利于滅弧。這個電抗器被成為消弧線圈。電感電流大于電容電流的系統(tǒng)成為過補償系統(tǒng),電感電流小于電容電流的系統(tǒng)成為欠補償系統(tǒng),電感電流等于電容電流的系統(tǒng)成為全補償系統(tǒng)。沒有特殊措施,全補償系統(tǒng)在系統(tǒng)沒有單相接地時會產(chǎn)生諧振,系統(tǒng)無法正常運行。欠補償系統(tǒng)在系統(tǒng)發(fā)生切除一段線路時可能接近全補償,一般很少使用。過補償系統(tǒng)在運行時必須使消弧線圈的工作電流超過系統(tǒng)電容電流的10%,并且不超過10A,否則運行相當困難。
許多系統(tǒng)的電源為變壓器的三角形接線側(cè),沒有中性點可引出。此時系統(tǒng)應安裝可提供零序電流的接地變壓器。接地變壓器有兩種:一種是將變壓器星形接線繞組的中性點引出,另一側(cè)繞組接為三角形;另一種是采用曲折形接線變壓器(Z形變)。接地變壓器只帶消弧線圈時容量不小于消弧線圈容量。
通常有多個分接,在相電壓下產(chǎn)生不同的電流,以對應不同的系統(tǒng)情況。由于我們并不要求系統(tǒng)單相接地長期運行,消弧線圈的設計一般在最大電流分接運行2小時,或上層油溫(充油)繞組溫度(干式)不超過允許值。所以消弧線圈必須裝設測量上層油溫(充油)或繞組溫度(干式)的溫度計并帶有報警接點,無人站應有遠傳裝置。
當系統(tǒng)發(fā)生變化(增加或減少線路長度)時消弧線圈的分接應按規(guī)定(過補償、欠補償)跟隨調(diào)節(jié)。目前電網(wǎng)發(fā)展和變化速度較快,至使許多小電流接地系統(tǒng)的對地電容電流變化很快,人工操作頻繁。隨著電網(wǎng)進一步擴大,電容電流也超過100A,消弧線圈的工作電流超過系統(tǒng)電容電流的10%并且不超過10A的目標無法實現(xiàn)。于是人們開發(fā)了自動補償消弧線圈。簡單介紹兩種:
一予調(diào)諧式(予置式)
它由帶有載分接開關的消弧線圈、單相PT、帶短路開關的電阻柜及控制器組成。運行前短路開關在分閘位置,控制柜帶電后,在消弧線圈上注入一個特殊頻率的電壓,由單相PT和消弧線圈內(nèi)附CT測量其中性點電壓和電容電流分量,計算系統(tǒng)電容電流值。控制器將消弧線圈分接自動調(diào)整到與系統(tǒng)電容電流最接近的分接。由于此時回路串有電阻,諧振不能發(fā)生。控制器不停的測量系統(tǒng)電容電流。當系統(tǒng)電容電流變化時,控制器自動調(diào)整消弧線圈分接與系統(tǒng)電容電流接近。當系統(tǒng)單相接地(母線PT開口三角電壓達到30V以上)時,控制器將電阻用開關短路,消弧線圈電流可以抵消接地點電容電流,接地點電流很小,可迅速滅弧。系統(tǒng)接地恢復后,控制器斷開開關短路,電阻限制系統(tǒng)諧振。
二跟蹤式
它由一個帶短路線圈的變壓器、可控硅及消除諧波裝置柜和控制器組成。變壓器在短路線圈開路時一次線圈的電流很小,為變壓器的空載電流。短路線圈短路時一次線圈的電流就是消弧線圈的額定電流。控制雙向可控硅的導通角可調(diào)整短路線圈的短路程度,進而調(diào)整消弧線圈的工作電流。整個裝置運行后控制器通過不停變換可控硅的導通角,得到不同的弧線圈的工作電流點,再經(jīng)過測量該電流點的中性點(開口三角電壓)電壓,計算出系統(tǒng)的電容電流,并進行記憶。系統(tǒng)的電容電流變化時控制器隨時測量并改變記憶。系統(tǒng)發(fā)生單相接地(母線PT開口三角電壓達到30V以上)時,可控硅導通角按記憶迅速開通,接地點電容電流被補償接近為零。電弧可迅速熄滅。系統(tǒng)接地恢復后,可控硅關閉。
經(jīng)電阻接地系統(tǒng)(含小電阻、中電阻和高電阻)
城市電網(wǎng)以電纜為主。特點是電容電流很大,經(jīng)常達到100A以上。人口密度極高,單相接地時跨步電壓容易傷害人員。所以使用經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。10kV中性點對地接入5-10Ω電阻為小電阻系統(tǒng),接入幾十-100Ω電阻為中電阻系統(tǒng),接入幾百-1000Ω電阻為高電阻系統(tǒng)。經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時接地相對地下降(金屬性接地時為零),非接地相對地電壓升高(金屬性接地時為線電壓),接地點電流為電容電流和經(jīng)電阻限制的阻性電流之和。經(jīng)保護判斷后斷路器將接地點與系統(tǒng)斷開。隨著中性點接入電阻從小變大,單相接地時產(chǎn)生的過電壓逐漸增高。目前北京地區(qū)10kV系統(tǒng)使用的是小電阻接地系統(tǒng),中性點電阻為10Ω。
小電阻接地系統(tǒng)運行時不得將接地電阻退出運行,也不得將兩個接地電阻長期并列運行。目前北京地區(qū)10kV系統(tǒng)均使用接地變接入中性點電阻。接地變的接入有兩種方式。一種方式是接入母線。這種方法在倒閘操作時比較復雜。10kV母線帶電前先投入中性點電阻在投入主開關。中性點電阻保護動作后切除10kV主開關,10kV主開關輔助接點切除中性點電阻開關。因此在10kV主開關輔助接點回路中必須加裝壓板,無人變電站還需串連一個遙控接點。另一種方式是接入主變10kV引線,只加裝單獨CT和保護,不再加裝斷路器(單獨的接地變和電阻可裝在主變附近)。這種方法是在三卷變壓器采用此種接線時發(fā)生接地變事故將切除變壓器,使中壓側(cè)停電(可自投)。
小電阻接地系統(tǒng)單相接地時接地電流以阻性為主。因此判斷電流的大小就能決定被保護元件是否接地,一般使用過流保護。當定值較小時容易收到電容電流的干擾,為此北京地區(qū)要求元件電容電流任何時候都(倒閘操作過程除外)小于30A。小電阻接地系統(tǒng)中的配電變壓器外殼(充油)或鐵芯及外罩(干式),若接地電阻大于4Ω時必須與中性點分開。
責任編輯:售電小陳
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