電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式比較
電力系統(tǒng)中三相星形連接的發(fā)電機(jī)和變壓器的中點(diǎn)稱 為電力系統(tǒng)的中性點(diǎn),中性點(diǎn)接地方式分為兩大類:有效接地 和非有效接地。
有效接地
電力系統(tǒng)中全部或部分中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小阻抗接地,因而從電力系統(tǒng)中任何一點(diǎn)向系統(tǒng)看入的零序電抗 X0 與正序電抗 X1 之比|X0/X1|3,零序電阻 R0 與正序電抗 X1 之比|R0/X1|1,則該系統(tǒng)被 稱為有效接地系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí),故障點(diǎn)將經(jīng)中性點(diǎn) 接地支路形成回路,并有較大的故障電流流經(jīng)故障回路,所以這種系統(tǒng) 又稱大接地電流系統(tǒng)。由于單相接地故障時(shí)有較大的故障電流,對(duì)電力 系統(tǒng)本身和對(duì)鄰近的通信線和信號(hào)線都會(huì)造成較大的危險(xiǎn)和干擾, 所以 必須迅速切除故障部分, 這樣又會(huì)造成部分負(fù)荷的供電中斷。 另一方面, 由于中性點(diǎn)有效接地,若系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障,非故障相的對(duì)地電 壓仍為相電壓,因此對(duì)線路的絕緣水平的要求相對(duì)較低。
非有效接地
電力系統(tǒng)中中性點(diǎn)均不接地, 或部分經(jīng)過高阻抗接地,或經(jīng)消弧線圈接地,因而從電力系統(tǒng)的任一點(diǎn)向系統(tǒng)看入的零序 電抗 X0 與正序電抗 X1 之比|X0/X1|>3, 零序電阻 R0 與 X1 之比|R0/X1|>1, 則該系統(tǒng)被稱為非有效接地系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí),將只有很 小的故障電流,所以又稱為小接地電流系統(tǒng)。非有效接地系統(tǒng)又分為中 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)諧振接地系統(tǒng)兩種。
中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,中性點(diǎn)均不接地或部分經(jīng)高阻抗接地。 系統(tǒng)中若發(fā)生單相接地故障,經(jīng)線路對(duì)地電容形成回路,因而流經(jīng)故障 回路的電流是電容性電流 Ig。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)低,規(guī)模小,Ig 一般都很小,所以若故障點(diǎn)形成開放性電弧,??勺孕邢?即使是金屬性單相 接地故障,由于故障并未流經(jīng)短路電流,三相仍可維持平衡對(duì)稱,所以 系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)高,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大,接地電容性電流增大,并且隨 電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式 (包括接地和負(fù)荷水平) 的改變而變化,故障點(diǎn)開放 電弧不易自行熄滅,需要在系統(tǒng)中部分中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈, 此時(shí)即形成 中性諧振接地系統(tǒng)。消弧線圈是德國彼得森教授 1916 年,故又名 彼得森線圈。它是一個(gè)有很多抽頭的線性電感。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地 時(shí),故障點(diǎn)原來的電容性電流被消弧線圈中電感性電流所補(bǔ)償。當(dāng)消弧 線圈正確調(diào)諧時(shí),也即電感電流與電容電流數(shù)值接近,故障點(diǎn)電流降至 較低的數(shù)值, 使電弧容易熄滅; 在電弧熄滅以后, 由于消弧線圈的存在, 故障點(diǎn)弧道兩端的電壓上升緩慢,使電弧不易重燃,因而起到"消弧" 作用。線圈的多抽頭使得電感量可根據(jù)電容電流的大小而進(jìn)行調(diào)節(jié),達(dá) 到正確調(diào)諧。
非有效接地方式主要的優(yōu)點(diǎn)在于, 這種系統(tǒng)中的單相接地故障能 瞬時(shí)自動(dòng)消除,或在系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后,在有準(zhǔn)備的情況下(如 負(fù)荷轉(zhuǎn)移后)切除,因而減少了停電次數(shù),提高了供電可靠性。另外, 由于接地電流小,系統(tǒng)故障時(shí),非有效接地系統(tǒng)中輸電線路對(duì)鄰近的通 信線路的干擾也小,有時(shí)還可以降低輸電線路的造價(jià)。
但是,非有效接地系統(tǒng)要帶單相接地故障運(yùn)行,運(yùn)行電壓為線 電壓,暫態(tài)過電壓也較高,使網(wǎng)絡(luò)絕緣水平相應(yīng)增高。超高壓系統(tǒng)中各 類絕緣的費(fèi)用在總造價(jià)中占的比重很大, 因而采用非有效接地方式是不經(jīng)濟(jì)的。超高壓系統(tǒng)中輸電線路長(zhǎng),網(wǎng)絡(luò)大,采用消弧線圈補(bǔ)償后,故 障點(diǎn)的電流仍難以限制到較低值, 因而采用非有效接地方式在技術(shù)上也 不合理。即使在一般高壓系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展同樣也會(huì)使故障點(diǎn)電流增 大,因而非有效接地方式對(duì)系統(tǒng)發(fā)展有一定的限制。另外,非有效接地 系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流分布在全網(wǎng)內(nèi),查找故障點(diǎn)很麻 煩。這也是繼電保護(hù)的一個(gè)傳統(tǒng)難題。
由此可見, 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)涉及到系統(tǒng)絕緣 水平、供電可靠性、繼電保護(hù)、通信危險(xiǎn)影響和干擾影響、斷路器容量、 避雷器配置等影響面較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。綜合各種利弊,考慮到設(shè)備 制造規(guī)范的統(tǒng)一性,中國有關(guān)規(guī)程中明確規(guī)定:110 千伏及以上電網(wǎng)采 用中性點(diǎn)有效接地方式;60 千伏及以下電網(wǎng)采用中性點(diǎn)非有效接地方 式;20~60 千伏電網(wǎng)接地電流大于 10 安、 6~10 千伏電網(wǎng)接地電流大 于 20 安時(shí),都應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的諧振接地方式。