中性點(diǎn)接地方式研究論文

1、<p>　　2016年度技術(shù)人員技術(shù)論文</p><p>　　題目： 中性點(diǎn)接地方式研究論文</p><p>　　作者： 鄭光遠(yuǎn)</p><p>　　單位名稱： 建安公司北侖分公司</p><p>　　單位主管技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)（簽名）：</p>

2、<p>　　時(shí)間： 2016年9月30日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 序言 ----------------------------------------------------------------3 </p><p>　　二 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

3、系統(tǒng)存在的問題-----------------------4 </p><p>　　三 國內(nèi)外接地方式的發(fā)展現(xiàn)狀--------------------------------------5 </p><p>　　四 大型化工企業(yè)配電網(wǎng)采用電阻接地的特點(diǎn)--------------------7</p><p>　　五 石化企業(yè)配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的

4、可行</p><p>　　性討論 ----------------------------------------------------------------9 </p><p><b>　　序言</b></p><p>　　石化企業(yè)具有電力負(fù)荷密度大、供電可靠性要求高、供配

5、電線路以電力電纜為主等特點(diǎn)。由于供電量大，這類企業(yè)往往在內(nèi)部形成相對獨(dú)立的6～35kV企業(yè)配電網(wǎng)。</p><p>　　大型企業(yè)35/6kV配電網(wǎng)，其系統(tǒng)中性點(diǎn)以前主要采用的是中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式，這對過去以架空線為主的配電網(wǎng)是適宜的，但是近年來隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展、電網(wǎng)逐漸發(fā)展為以電纜線路為主，電纜的長度不斷增加，使得電網(wǎng)的接地電容電流水平不斷提高；另一方面，氧化鋅避雷器和結(jié)構(gòu)緊湊的全封閉組合電器也得到廣泛應(yīng)用

6、。在這種形勢下，原有的中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式已不能適應(yīng)，帶來的問題主要有：（1）中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平高（可達(dá)到3.5～4.0倍相電壓），持續(xù)時(shí)間長，而電纜和一些全封閉組合電氣絕緣水平低，某些進(jìn)口設(shè)備絕緣水平低于我國同電壓等級(jí)設(shè)備。而這些設(shè)備一旦擊穿很難修復(fù)，因而不宜帶單相接地故障繼續(xù)運(yùn)行。（2）單相接地時(shí)，避雷器長時(shí)間在工頻過電壓下運(yùn)行易發(fā)生損壞甚至爆炸。目前，采用提高氧化鋅避雷器運(yùn)行電壓的方法來避免爆炸事故

7、發(fā)生，但這并不經(jīng)濟(jì)，因而這種接地方式不利于無間隙氧化鋅避雷器的推廣應(yīng)用。（3）從保證人身完全來說，不宜采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)來保證供電的連續(xù)性。</p><p>　　在這種中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)配電網(wǎng)電壓發(fā)生突變、變壓器高壓線圈發(fā)生接地、系統(tǒng)發(fā)生接地或弧光接地故障時(shí)，都可能在系統(tǒng)中引發(fā)過電壓。對于空載勵(lì)磁特性較差的電壓互感器，在過電壓作用下，因勵(lì)磁電流的劇增，會(huì)導(dǎo)致高壓熔斷器頻繁熔斷，甚至造成電壓互感器燒毀，如果處

8、理不當(dāng)，或保護(hù)配置不周全，此類異常狀況有可擴(kuò)大為全廠性事故。例如，某大型化工企業(yè)6kV配電網(wǎng)曾2次因電動(dòng)機(jī)繞組絕緣不良接地，引起母線電壓互感器高壓熔斷器熔斷，后又由于處理不當(dāng)而擴(kuò)大為全廠性停電事故；其35kV配電網(wǎng)也曾發(fā)生過一夜雷雨中電壓互感器高壓熔斷器熔斷10多相次的極不安全狀況。石化企業(yè)配電網(wǎng)中許多電纜和電氣設(shè)備由于長期運(yùn)行和工作環(huán)境惡劣，容易產(chǎn)生絕緣老化，通常在整個(gè)配電網(wǎng)中絕緣的薄弱點(diǎn)較多。因此 對于象35/6kV電力系統(tǒng)，根據(jù)水

9、電部制定的《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，宜采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地的運(yùn)行方式。</p><p>　　但是，針對石化企業(yè)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，究竟是采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地還是采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式，這是一個(gè)值得研究和探討的問題。其討論結(jié)果可以供石化系統(tǒng)配電網(wǎng)的改造進(jìn)行參考。</p><p>　　中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　應(yīng)裝設(shè)消

10、弧線圈的條件（全系統(tǒng)電容電流）：</p><p>　　3—6KV電網(wǎng)：30A 10KV電網(wǎng)：20A</p><p>　　22—66KV電網(wǎng)：10A</p><p>　　消弧線圈的作用：減小流經(jīng)故障點(diǎn)的電流。</p><p>　　中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾個(gè)方面：</p><

11、;p>　　（1）如果消弧線圈調(diào)整不當(dāng)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)在中性點(diǎn)產(chǎn)生較高的諧振過電壓，并直接影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。典型的系統(tǒng)圖如圖2－1所示。</p><p>　　圖2－1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的典型系統(tǒng)圖</p><p>　　正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)對電壓U0為：</p><p><b>　　=</b></p><p

12、>　　= （2-1）</p><p>　　式中—系統(tǒng)相電壓； </p><p><b>　　L—消弧線圈電感；</b></p><p>　　r0—消弧線圈部全部有功損失的等效電阻；</p><p>　　C—系統(tǒng)單相對地電容；</p&g

13、t;<p>　　r—系統(tǒng)單相對地泄漏電阻；</p><p>　　1/R=1/r0+3/r 為系統(tǒng)對地全電導(dǎo)；</p><p><b>　　為系統(tǒng)不對稱度；</b></p><p><b>　　為系統(tǒng)阻尼率；</b></p><p>　　為系統(tǒng)補(bǔ)償度（或稱系統(tǒng)脫諧度）。</p&g

14、t;<p>　　由（2-1）式可見，當(dāng)消弧電感感抗和系統(tǒng)對地容抗相近，使補(bǔ)償度很小時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)高的過電壓。</p><p>　　（2）大型化工企業(yè)6～35kV配電網(wǎng)上，常直配大型電機(jī)、電弧爐變壓器、整流變壓器及大型電氣設(shè)備，這些設(shè)備的正常投入與切除均直接影響系統(tǒng)電容電流，給消弧線圈電感的跟蹤調(diào)節(jié)造成困難，一旦整定調(diào)節(jié)不當(dāng)或調(diào)度管理失誤，將產(chǎn)生諧振過電壓而危及整個(gè)配電網(wǎng)的安

15、全。</p><p>　?。?）準(zhǔn)確檢測出接地故障線路較困難，目前雖有不少微機(jī)型的高靈敏度接地保護(hù)裝置，但實(shí)用情況均不夠理想。</p><p>　?。?）雖然現(xiàn)在有自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)調(diào)諧的智能型消弧線圈，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈不再調(diào)整，若接地檢測裝置不能檢測出故障線路，還必須依靠拉合有關(guān)線路查找故障點(diǎn)。對于出線回路數(shù)多、母線結(jié)線復(fù)雜的配電網(wǎng)，查找故障的時(shí)間可能很長，在查找過程中會(huì)出現(xiàn)

16、過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償超過允許值的情況，致使這將會(huì)使再多次發(fā)生弧光復(fù)燃，出現(xiàn)過電壓，將有可能使相鄰敷設(shè)的電力電纜被破壞，致使事故范圍擴(kuò)大。</p><p>　　國內(nèi)外接地方式的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　世界各國的城市配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式并沒有形成統(tǒng)一的做法，不同國家、甚至同一國家的不同城市，都不盡相同。主要根據(jù)各自的具體條件和考慮側(cè)重點(diǎn)，特別是參照各自的傳統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)來加以選定。在某些城市，甚至

17、在同級(jí)電壓的配電網(wǎng)中也有多種中性點(diǎn)接地方式并存的情況。</p><p>　　就基本特性而言，各國城市配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式可歸納為兩大類：</p><p>　?。?）不接地或經(jīng)消弧線圈接地（均屬非有效接地）</p><p>　?。?）直接接地或經(jīng)中、低值電阻接地（均屬有效接地）</p><p>　　我國城市配電網(wǎng)從20世紀(jì)50年代起引進(jìn)消弧線

18、圈。此后，電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式逐步統(tǒng)一到下述方案：</p><p>　　110kV及以上 有效接地</p><p>　　35~66 kV 經(jīng)消弧線圈接地</p><p>　　3~10 kV 不接地或經(jīng)消弧線圈接地</p><p>　　380/220V

19、 直接接地</p><p>　　這一規(guī)定幾乎延續(xù)了40年左右，對我國城市配電網(wǎng)的安全可靠供電曾起過很好的作用，直到80年代后期，情況才有了變化。當(dāng)時(shí)我國南方的某些城市（例如深圳、廣州）用電量迅猛增加，新建配電線越來越多地采用地下電纜，電容電流大增，再加上進(jìn)口了不少絕緣水平較低的電纜和電氣設(shè)備（因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)國的配電網(wǎng)中性點(diǎn)是有效接地的，因而設(shè)計(jì)時(shí)所取的絕緣水平較低），它們顯然不宜應(yīng)用在非有效接

20、地的配電網(wǎng)中。這些新情況促使部分城市從1989年起開始使用經(jīng)中、低值電阻接地的方式，使我國城市配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式又多了一種選擇，并在全國不少大城市配電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用。這些大城市配電網(wǎng)的最大特點(diǎn)是對地電容電流特別大，達(dá)到數(shù)百安培，這和鎮(zhèn)海煉化石化變35kV配電系統(tǒng)的情況很相似。</p><p>　　隨著接地電阻阻值的不同，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配電網(wǎng)可以是有效接地系統(tǒng)，也可能是非有效接地系統(tǒng)。在國際上，通常把中性點(diǎn)

21、接地電阻作如下分類（表3-1）： 表3-1 中性點(diǎn)接地電阻的阻值</p><p><b>　?。?）高電阻接地</b></p><p>　　這類電網(wǎng)實(shí)際上仍屬非有效接地系統(tǒng)，這樣的電阻雖然對斷續(xù)電弧接地過電壓和諧振過電壓也能起一定的抑制作用，但總的過電壓水平和絕緣水平仍與其他非有效接地系統(tǒng)相似。接高電阻的目的主要是為了限制單相接地故障電流。這種

22、接地方式主要用于200MW以上大型發(fā)電機(jī)回路和某些6~10kV配電網(wǎng)中。</p><p><b>　　（2）低電阻接地</b></p><p>　　這類采用經(jīng)一小于10Ω的低電阻接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)將流過相當(dāng)大的阻性電流分量，這種電網(wǎng)的運(yùn)行特性與中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)最為接近，二者的優(yōu)點(diǎn)亦基本相同，諸如：快速切除單相接地故障，發(fā)生異相多重接地故障的概率極小

23、； 斷續(xù)電弧接地過電壓、諧振過電壓等發(fā)展不起來，其他過電壓水平亦較低，且可采用無間隙ZnO避雷器，因而容許采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備； 短時(shí)工頻電壓升高較小，減輕了絕緣老化效應(yīng)，延長了電纜和設(shè)備的使用壽命；容許采用簡單可靠、有選擇性和足夠靈敏度的接地繼電保護(hù)。 當(dāng)然，由于它們的接地故障電流高達(dá)600~1000A，甚至更大，必然也會(huì)帶來一些缺點(diǎn)和問題，例如：每次單相接地故障均導(dǎo)致跳閘，為了達(dá)到供電可靠性的指標(biāo)，必須從電網(wǎng)架構(gòu)、自動(dòng)裝置等

24、方面采取措施，保證開關(guān)跳閘后能迅速恢復(fù)供電；</p><p>　　當(dāng)電纜一處接地時(shí)，大電流電弧可能連帶燒毀敷設(shè)在同一電纜溝里的相鄰電纜，擴(kuò)大事故，其至釀成火災(zāi)； 短路電流大，通信干擾嚴(yán)重，對人身、設(shè)備的安全也不利；短時(shí)耗能大，要求電阻器的熱容量和總體積也很大，電阻器的制作難度大、造價(jià)高。</p><p><b>　　（3）中電阻接地</b></p>&l

25、t;p>　　為了避免或減輕上述低電阻接地方式的缺點(diǎn)，而又要克服高電阻接地時(shí)過電壓水平和絕緣水平高、繼電保護(hù)運(yùn)行不可靠等弊端，有些國家采用了折衷方案——中電阻接地，以求將接地故障電流限制到100~200A，此時(shí)應(yīng)保證接地保護(hù)的靈敏度和選擇性，網(wǎng)內(nèi)發(fā)生單相接地故障時(shí)即予快速切除； 中電阻接地也是一種很值得注意的接地方式。在我國，已在大型火電廠的6kV廠用電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用； </p><p>　　四、 大型化工

26、企業(yè)配電網(wǎng)采用電阻接地的特點(diǎn)</p><p>　　目前已有很多大城市配電網(wǎng)，由于接地電容電流太大，采用了中性點(diǎn)電阻接地方式，如北京、上海、天津、廣州、深圳、寧波等一些城市的城區(qū)供電局目前均已根據(jù)保護(hù)配合的需要及限制過電壓水平的要求，分別采用了電阻為6～20不等的低電阻接地方式。</p><p>　　對于大型化工企業(yè)配電網(wǎng)，雖然其電容電流沒有城市配電網(wǎng)那么大，但也可根據(jù)自身配電網(wǎng)的實(shí)際情況，

27、選擇中性點(diǎn)電阻接地方式，特別對于那些電容電流已超過允許值較多的中性點(diǎn)不接地的配電網(wǎng)，更可優(yōu)先考慮改造成中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式。采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式主要有以下理由：</p><p>　?。?）可避免在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生的電壓互感器燒毀及系統(tǒng)一點(diǎn)接地時(shí)電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷的異?，F(xiàn)象。</p><p>　?。?）可使非接地相過電壓限制在較低水平，從而降低整個(gè)配電網(wǎng)的絕緣配合水平

28、。根據(jù)有關(guān)資料，非接地相電壓升高與中性點(diǎn)電阻阻值直接相關(guān)。改造時(shí)可根據(jù)過電壓限制要求及保護(hù)配合需要（接地故障電流大?。x擇合適的中性點(diǎn)接地電阻值。</p><p>　　（3）目前各種技術(shù)參數(shù)的高壓接地電阻已有成熟產(chǎn)品，采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，很容易實(shí)現(xiàn)，改造費(fèi)用不大，且接線簡單，運(yùn)行可靠。</p><p>　?。?）一次設(shè)備簡單、可靠、無發(fā)生諧振過電壓之顧慮，單相接地短路電流比相間短路

29、電流小得多，不影響一次設(shè)備的選擇。保護(hù)配置方便，又可提高繼電保護(hù)（接地保護(hù)）的靈敏度和準(zhǔn)確度。</p><p>　　（5）考慮到目前在大型化工企業(yè)配電網(wǎng)中，重要配電線路一般均采用雙回路供電，如果能與備用電源自動(dòng)投入裝置相配合，特別重要線路還可配微機(jī)型備用電源快切裝置，則電阻接地系統(tǒng)仍然會(huì)有很高的供電可靠性，安全可以滿足石化企業(yè)的可靠供電的要求。</p><p>　　（6）對于電容電流較小的

30、系統(tǒng)，也可適當(dāng)考慮采用高電阻接地系統(tǒng)，這樣既可減少發(fā)生弧光接地過電壓的機(jī)會(huì)，又可提高接地保護(hù)的靈敏度，同時(shí)不影響全系統(tǒng)的供電可靠性。</p><p>　　綜上所述，各種接地方式均有其自己的特點(diǎn)，在實(shí)用使用中應(yīng)多考慮各種可行的措施，以克服不同接地方式各自存在的弱點(diǎn)及問題，同時(shí)又不致使系統(tǒng)過于復(fù)雜和增加運(yùn)行的難度。對于大型化工企業(yè)以電力電纜為主要線路的配電網(wǎng)，可以考慮以中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式替代中性點(diǎn)絕緣及經(jīng)消弧線圈接

31、地的方式，克服弧光接地電壓及諧振過電壓問題，并配置備用電源自動(dòng)投入裝置來保證供電的可靠性。</p><p>　　五、石化企業(yè)配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的可行性討論</p><p>　　配電電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及到電力系統(tǒng)許多因素的綜合性問題。在選擇中性點(diǎn)接地方式時(shí)應(yīng)充分考慮供電可靠性、繼電保護(hù)工作可靠性、設(shè)備與線路的絕緣水平及人身完全等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定選擇合理的中性點(diǎn)接地

32、方式。下面結(jié)合石化系統(tǒng)配電網(wǎng)的實(shí)際情況，來探討其中性點(diǎn)采用經(jīng)電阻接地方式的可行性。</p><p>　　5.1 供電可靠性</p><p>　　采用小電阻接地后，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)線路要立即跳閘，不能保證用戶的連續(xù)供電。但在石化系統(tǒng)的配電網(wǎng)中，它不是過去的單電源的輻射系統(tǒng)或樹形系統(tǒng)，而是網(wǎng)孔系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)饋電。因此，在這種情況下，提高用電可靠性就不再是靠要求帶單相接地故障運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)來

33、保證，而是靠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度控制來保證。即依靠環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和多路供電來保證設(shè)備供電可靠性。</p><p>　　5.2 人身安全問題</p><p>　　在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中和中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)中，工作人員誤登桿或在工作中誤碰帶電導(dǎo)體是對人員人身安全的威脅。與中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相比要嚴(yán)重。但實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地故障時(shí)引起人員觸電傷害的概率極小。例如，北京地區(qū)改

34、小電阻接地以來，共發(fā)生400多次電纜接地事故，均未發(fā)生人身傷亡事故；上海從1919年在楊樹浦發(fā)電廠電源側(cè)中性點(diǎn)上裝設(shè)了8低電阻接地以來，運(yùn)行至今已79年未發(fā)生過人身傷亡事故；而上海市區(qū)采用經(jīng)小電阻接地已多年，運(yùn)行中多次出現(xiàn)電纜接地故障均未發(fā)生人身傷亡事故。廣州在改變10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地后，1919年3月19日發(fā)生一次建筑工人將自來水管碰及運(yùn)行中的三元里站10kV線路，因線路及時(shí)跳閘，雖重合后又跳閘，工人僅感麻電未發(fā)生傷害。&

35、lt;/p><p>　　所以配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，單相接地故障時(shí)引起人員觸電傷害的概率極小。因此,石化系統(tǒng)配電網(wǎng)采用電阻接地方式，實(shí)際發(fā)生單相接地故障時(shí)引起人員觸電傷害的概率也是極小的。</p><p>　　5.3 繼電保護(hù)配置</p><p>　　以往小電流接地系統(tǒng)配置的保護(hù)包括：作用于跳閘的限時(shí)相間速斷保護(hù)和低壓閉鎖的過電流保護(hù)，作用于信號(hào)的零序電流及零序電

36、壓保護(hù)，一二次自動(dòng)重合閘及重合閘后加速。發(fā)生單相接地故障時(shí)，由零序保護(hù)發(fā)出接地信號(hào)，若有消弧線圈，則由手動(dòng)或自動(dòng)投入消弧線圈，對接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，然后由選線裝置或運(yùn)行值班人員找出故障線路，斷電后進(jìn)行處理。但由于消弧線圈補(bǔ)償接地電容電流后零序電流殘余很小，選線裝置一般很難選準(zhǔn)故障線路，只有由運(yùn)行值班人員拉路選線，這樣對于保證供電可靠性是很不利的，也失去了單相接地故障線路再運(yùn)行1～2h的意義。</p><p>　

37、　若接地系統(tǒng)改為小電阻接地，由于單相接地時(shí)故障電流大，必須切除故障線路，故其保護(hù)配置主要為；限時(shí)（瞬時(shí)）零序電流速斷保護(hù)，兩段式零序過流保護(hù)，所有保護(hù)均動(dòng)作跳閘。因此,采用中性點(diǎn)經(jīng)過電阻接地方式,其保護(hù)配置比較簡單,具體工程中容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.4 接地電阻的選擇</p><p>　　目前國內(nèi)已有多家廠家生產(chǎn)中性點(diǎn)電阻器，按材料分為水阻、鑄鐵電阻、合金電阻、氧化鋅線性電阻