發(fā)布時(shí)間：2021-05-18　　　

　　1、引言

　　3～66kV中壓電網(wǎng)中以6kV、10kV、35kV三個(gè)電壓等級(jí)應(yīng)用較為普遍，其中中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的小電流系統(tǒng)占絕大多數(shù)，小部分采用了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地或直接接地的大電流系統(tǒng)，近年來(lái)，隨著供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是采用電纜線(xiàn)路的用戶(hù)日益增加，使得系統(tǒng)單相接地電容電流大大增加，系統(tǒng)由于發(fā)生單相間歇性弧光接地而造成用電設(shè)備損壞的事故多有發(fā)生。我國(guó)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定35KV電網(wǎng)如果單相接地電容電流大于10A，3KV—10KV電網(wǎng)如果接地電容電流大于30A，應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式；而《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》第59條中規(guī)定“35KV、10KV城網(wǎng)，當(dāng)電纜線(xiàn)路較長(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可以采用電阻方式”。而根據(jù)國(guó)內(nèi)最新的研究觀(guān)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于5A時(shí)，電弧就可能不會(huì)自熄，因此，對(duì)電網(wǎng)單相接地的保護(hù)問(wèn)題顯得十分重要。

　　對(duì)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，世界各國(guó)有不同的觀(guān)點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。而在國(guó)內(nèi)，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家更是形成明顯對(duì)立的兩派，在中壓電網(wǎng)改造中，其中性點(diǎn)的接地方式問(wèn)題，現(xiàn)已引起多方面的關(guān)注，面臨著發(fā)展方向的決策問(wèn)題。

　　2、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地

　　自從1917年世界第一臺(tái)消弧線(xiàn)圈在德國(guó)Pleidelshein電廠(chǎng)投運(yùn)以來(lái)，已有80多年的歷史，德國(guó)、中國(guó)、前蘇聯(lián)和瑞典等國(guó)的中壓電網(wǎng)大多采用此種方式。

　　中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的保護(hù)方式主要原理是利用電感電流與電容電流在相位上差180°的原理對(duì)接地相的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線(xiàn)圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償是非常困難的。其主要技術(shù)難點(diǎn)及其存在的問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：

　　1） 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí),由于接地殘流很小,且根據(jù)規(guī)程要求消弧線(xiàn)圈必須處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài),接地線(xiàn)路和非接地線(xiàn)路流過(guò)的零序電流方向相同,故零序過(guò)流、零序方向保護(hù)無(wú)法檢測(cè)出已接地故障線(xiàn)路。

　　2） 干擾大，信噪比?。涸撓到y(tǒng)的干擾主要有以下幾個(gè)方面：變電站和發(fā)電廠(chǎng)高電壓大電流產(chǎn)生的電磁干擾大；由于系統(tǒng)負(fù)荷不平衡造成的零序電流和零序諧波電流較大；三相CT特性不一致，造成零序過(guò)濾器的不平衡輸出。

　　3） 電容電流波形不穩(wěn)定：小電流系統(tǒng)的單相接地故障常常是不穩(wěn)定的間歇性弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小變化較大，難以確定。

　　4） 其它隨機(jī)因素影響的不確定：小電流系統(tǒng)運(yùn)行方式改變頻繁，各段母線(xiàn)的出線(xiàn)數(shù)量和線(xiàn)路長(zhǎng)度常常改變，從而改變了該系統(tǒng)的電容電流及其諧波電流；母線(xiàn)電壓水平的高低、負(fù)荷電流的大小總在不斷地變化；故障點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了單相接地故障零序電流及其諧波電流大小甚至方向的不確定性。

　　另外，即使消弧線(xiàn)圈的感性電流能完全補(bǔ)償容性電流，中性點(diǎn)位移電壓Uo將很高。過(guò)補(bǔ)償方式可減小中性點(diǎn)位移電壓，但失諧度大，將使線(xiàn)路接地電流太大，電弧不易熄滅，那么仍會(huì)出現(xiàn)弧光不能自滅及過(guò)電壓?jiǎn)栴}?；」膺^(guò)電壓仍然存在。

　　3、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

　　世界上以美國(guó)為主的部分國(guó)家采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，主要原理是利用發(fā)生單相接地時(shí)人為地增加故障點(diǎn)的接地電流，利用零序過(guò)電流保護(hù)使斷路器瞬間切斷故障線(xiàn)路。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式中，一般選擇電阻的值較小。在系統(tǒng)單相接地時(shí)，控制流過(guò)接地點(diǎn)的電流在500A左右，也有的控制在100A左右。其主要優(yōu)點(diǎn)是：

　　1） 系統(tǒng)單相接地時(shí)，健全相電壓升高較小，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇。

　　2） 接地時(shí),由于流過(guò)故障線(xiàn)路的電流較大,零序過(guò)流保護(hù)有較好的靈敏度,可以比較容易檢除接地線(xiàn)路。

　　其主要缺點(diǎn)是：

　　1） 由于接地點(diǎn)的電流較大,當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí),將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害,導(dǎo)致相間故障發(fā)生。

　　2）當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)法區(qū)分是永久性的還是瞬時(shí)的，也無(wú)法區(qū)分金屬接地還是間歇性弧光接地，均作用與跳閘,使線(xiàn)路的跳閘次數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響了用戶(hù)的正常供電,使其供電的可靠性下降。

　　3） 現(xiàn)代城市電纜線(xiàn)路不斷增加，電容電流迅速增大，故障點(diǎn)的電位升高問(wèn)題非常突出，若不采取措施，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的絕緣擊穿，同時(shí)危及人們的生命安全。

　　4） 對(duì)于一些工礦企業(yè)以及城市供電的重要負(fù)荷，不允許瞬時(shí)斷電，必須帶故障運(yùn)行，該保護(hù)方式不適用。

　　4、XHB消弧及過(guò)電壓組合保護(hù)方式

　　4.1 技術(shù)背景

　　國(guó)家規(guī)程規(guī)定，在發(fā)生單相接地工況下，系統(tǒng)應(yīng)能夠帶故障運(yùn)行2小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間。但是，規(guī)程沒(méi)有區(qū)分單相金屬接地和間歇性的弧光接地。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，單相接地如果是間歇性的“熄弧-重燃”接地，則會(huì)發(fā)生一個(gè)高頻振蕩過(guò)程，經(jīng)過(guò)二次燃弧以后，兩健全相的最大過(guò)電壓為3.5UФ（UФ-系統(tǒng)額定相電壓）；故障相不存在振蕩過(guò)程，最大過(guò)電壓為2.0UФ。由于這種過(guò)電壓持續(xù)的時(shí)間可以達(dá)到數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)，波及范圍廣，在整個(gè)電網(wǎng)某處存在絕緣弱點(diǎn)時(shí)，即可在該處造成絕緣閃絡(luò)或擊穿，最終發(fā)展為相見(jiàn)短路故障，因此，弧光接地過(guò)電壓的危害性很大。至于金屬接地，故障相電壓下降,接近于零，健全相對(duì)地電壓上升為線(xiàn)電壓，最大值為1.73UФ。按照國(guó)家規(guī)程規(guī)定，用電設(shè)備的絕緣承受能力應(yīng)能承受系統(tǒng)線(xiàn)電壓而不會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣造成損傷。

　　4.2 基本原理

XHB消弧及過(guò)電壓組合保護(hù)方案是已經(jīng)成熟的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用非線(xiàn)性電阻與線(xiàn)性電阻有機(jī)組合進(jìn)行熄弧限壓，對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)的各種過(guò)電壓（不論是何種原因引起的）進(jìn)行限制，將電網(wǎng)電壓控制在用電設(shè)備絕緣承受能力以?xún)?nèi)，保證在排除故障的過(guò)程中，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。一次原理圖如圖1所示。

　　微機(jī)綜合控制器通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器采集系統(tǒng)電壓信號(hào)，包括三相電壓瞬時(shí)值和零序電壓值，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)過(guò)電壓、單相接地或PT斷線(xiàn)等故障時(shí)，根據(jù)電壓在不同故障狀況下的變化，判斷故障類(lèi)型及相別，通過(guò)ZnO非線(xiàn)性電阻和接地電阻兩級(jí)保護(hù)對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行吸收、瀉放，將過(guò)電壓限制到設(shè)備的絕緣承受能力以?xún)?nèi)。

　　ZnO非線(xiàn)性電阻是一種具有非線(xiàn)性伏安特性并有抑制瞬時(shí)過(guò)電壓作用的固態(tài)敏感元件，當(dāng)其端電壓低于某一閥值時(shí)，其中的電流幾乎為零；超過(guò)此閥值時(shí)，隨著電流迅速增加，電壓上升緩慢，基本趨于平穩(wěn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)性的雷電、操作等過(guò)電壓時(shí)，由ZnO電阻對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行限制。過(guò)電壓消失，ZnO退出工作。ZnO是整個(gè)保護(hù)過(guò)程中的第一級(jí)保護(hù)。ZnO電阻的選擇以及對(duì)系統(tǒng)過(guò)電壓的限制范圍設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

　　表1 6kV、10kV系統(tǒng)ZnO電阻的選擇 單位 kV

　　系統(tǒng)額定電壓 ZnO額定電壓 組合方式 直流1mA參考電壓 操作沖擊殘壓 雷電沖擊殘壓

　　6.3 10 相對(duì)地及相間 10 14 15

　　10.5 17 相對(duì)地及相間 16.5 23.1 24.8

　　消弧電阻R通過(guò)可分相控制的高壓真空接觸器JZ與系統(tǒng)連接，正常工況下，JZ觸頭全部斷開(kāi)，R與系統(tǒng)分離，系統(tǒng)按照中性點(diǎn)不接地的方式正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生單相間歇性弧光接地時(shí)，過(guò)電壓最大可達(dá)3.5UФ，此時(shí)分相控制的高壓真空接觸器JZ將故障相的觸頭閉合，把消弧電阻投入，系統(tǒng)由原來(lái)的間歇性弧光接地轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)消弧電阻接地，把過(guò)電壓控制在1.73 UФ以下。

　　4.3 主要特點(diǎn)

　　1) 與中性點(diǎn)通過(guò)消弧線(xiàn)圈或小電阻接地相比較，在一次測(cè)直接對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行限制，保護(hù)更直接。避免了間接補(bǔ)償電容電流和直接跳閘帶來(lái)的弊端；

　　2) 是對(duì)系統(tǒng)過(guò)電壓的一種綜合限制，所有過(guò)電壓均被限制到較低電壓水平，保護(hù)更全面；

　　3) 原作用時(shí)間最長(zhǎng)、對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備安全威脅最大的間歇性弧光接地過(guò)電壓，能夠被可靠消除；

　　4) 整套裝置限制過(guò)電壓的機(jī)理與電網(wǎng)對(duì)地電容電流的大小無(wú)關(guān)，因而其保護(hù)性能不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變而變化，大網(wǎng)、小網(wǎng)均可使用，電網(wǎng)的擴(kuò)大也無(wú)影響；

　　5) 裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小，安裝、調(diào)試方便。該裝置特別適用于環(huán)境比較惡劣但又必須保證供電連續(xù)性的工礦企業(yè)，同時(shí)也適用于變電站和發(fā)電廠(chǎng)的高壓供電系統(tǒng)；

　　6) 通過(guò)與中控室計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的監(jiān)控與操作。

　　4.4 試驗(yàn)與應(yīng)用

　　XHB消弧及過(guò)電壓組合保護(hù)裝置于2003年9月和2004年10月分別在安徽理工大學(xué)和國(guó)家高壓電氣質(zhì)量檢測(cè)中心（西安）進(jìn)行了故障模擬試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了微機(jī)綜合控制器的抗擾度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到甚至超過(guò)設(shè)計(jì)要求，兩家單位分別出具了委托試驗(yàn)報(bào)告和型式試驗(yàn)報(bào)告。

　　該裝置已經(jīng)在國(guó)內(nèi)數(shù)十家大型工礦企業(yè)取得運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)2003年9月在宿州供電局、2004年1月在安徽馬鋼集團(tuán)兩次掛網(wǎng)運(yùn)行的跟蹤研究表明，本文所屬方案能夠在金屬接地時(shí)正確報(bào)警并選擇故障線(xiàn)路；在間歇性弧光接地故障時(shí)可以在30ms內(nèi)將弧光消除；同時(shí)，該裝置可以將大氣過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等瞬時(shí)性過(guò)電壓限制在設(shè)備的絕緣承受能力以?xún)?nèi)。對(duì)電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)了綜合監(jiān)控、限制，避免了因?yàn)楦鞣N過(guò)電壓沖擊而引起的設(shè)備損壞、電網(wǎng)跳閘故障，保障了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　1） 中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈接地，通過(guò)間接補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)地電容電流，能夠減少弧光接地發(fā)生的幾率，但是，認(rèn)為消弧線(xiàn)圈可以消除弧光接地過(guò)電壓是一種誤區(qū)。

　　2） 小電阻接地系統(tǒng)能夠快速切除故障接地點(diǎn)，但同時(shí)使電網(wǎng)供電的可靠性大大降低，而且對(duì)于不允許瞬時(shí)斷電的供電網(wǎng)絡(luò)不適用。

　　3） XHB消弧及過(guò)電壓組合保護(hù)方案能夠在不改變系統(tǒng)運(yùn)行方式的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的限制，而且與系統(tǒng)對(duì)地電容電流的變化基本沒(méi)有關(guān)系，比較適合我國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行方式。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 許穎.對(duì)消弧線(xiàn)圈“消除弧光接地過(guò)電壓”的疑義.電力設(shè)備.2001年12月第2卷第四期。

　　[2] 張作琴.電力系統(tǒng)弧光接地保護(hù)的研究.電力科學(xué)與工程.2002年第四期。

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