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电力系统中性点接地方式的现状与发展分析
[发布时间]:2012年9月10日 [来源]:电力自动化产品信息网 [点击率]:4045
【导读】: 一、导论电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术经济问题。它与供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰及接地装置等技术密切相关,并具有理论研究和实践经验紧密结合的特...

一、导论

电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术经济问题。它与供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰及接地装置等技术密切相关,并具有理论研究和实践经验紧密结合的特点,因而是电力系统实现安全稳定运行的系统工程问题。

电力系统中性点接地方式与系统中频繁的单相接地故障关系最为密切,因此,研究的目的主要就在于正确认识和恰当处理此类故障,将其不良后果降到最低限度,以提高系统的运行绩效,使效益投资比更高、运行维护费用更低。在选定方案的决策过程中,必须根据系统的现状和发展规划进行全面的技术经济比较,优胜劣汰、与时俱进,避免因失误造成不良后果。

在处理不同电压等级的中性点接地方式时,遵循电压、电流互换特性的基本理念,均可获得满意的结果。对于特高压、超高压和高压系统而言,主要矛盾是限制工频电压升高和内部过电压,降低设备的绝缘水平,节省基建投资;对于中压系统而言,主要是限制单相接地故障电流的危害性,提高系统的安全运行水平。

电力系统的中性点接地方式分为有效接地和非有效接地两大类。前者广泛适用于高压、超高压和特高压系统;后者主要适用于60kV及以下的中压系统,且情况比较复杂。

过去,在电力系统发展的历程中,220kV系统的中性点曾采用消弧线圈(谐振)接地,随着系统的不断扩大,运行可靠性降低和联网等需要,后来被有效接地方式所替代[1];而110kV系统接地方式的选择,则需视地域和电网结构等因素而定。

当今,电力负荷特性发生了明显的改变,用户对电能质量提出了新的、更高的要求,中压系统和大型发电机的接地方式问题逐渐突显,同时世界范围内长期存在的继电保护等技术难题相继攻克,这就为更好地选择接地方式创造了有利条件。知识经济和信息时代更加需要高质量电能的连续供应,即使电压闪变也会对信息系统带来麻烦,这在发达国家已经发生,所以必须正确处理中性点接地方式问题。

实践是检验真理的唯一标准。在解决这一问题时必须增强实践(运行)观点,并认真总结国内外电力系统长期的、正反两面的运行经验,从中吸取有益的教训,力求使我国的电力系统保持安全稳定地运行。

二、分类与应用

美国电机工程师学会(AIEE)的第32号标准,从开始执行以来一直沿用至今,在国际上得到了广泛的认同。当系统或其指定部分的各点上,不论运行方式和连接的发电机容量如何,只要零序电抗与正序电抗之比不大于3(X0/X1≤3)、零序电阻与正序电抗之比不大于1(R0/X1≦≤1≤)时,则它们的中性点为有效接地方式;反之,为非有效接地方式。

中性点有效接地方式,因接地系数较低,当系统发生单相接地故障时,非故障相的工频电压升高均低于80%线电压,它适用于高压系统;若接地系数更低,非故障相电压的升高将远低于80%线电压,则称之为非常有效接地方式,它适用于超高压和特高压系统。

中性点非有效接地方式,因接地系数普遍较高,非故障相电压的升高均大于80%线电压,有的可达100%、乃至105%线电压。此类中性点接地方式,适用于中压电力系统(电网)。同时,以单相接地电弧能否自动熄灭为必要和充分条件,又可分成大、小电流接地方式。前者包括中性点低电阻、中电阻和低电抗接地方式;后者包括中性点谐振、高电阻和不接地方式,其中的低电阻和谐振接地方式颇具代表性。

三、理论与实践

理论分析表明,各种中性点接地方式均可认为是通过一定的零序阻抗接地的。因其大小和性质的不同,系统的基本运行特性、即单相接地时的故障电流和非故障相的工频电压升高必然有别,故不同接地方式自然各有其适用范围。

下面将结合发展历程、理论联系实际、概要地论述电网和发电机的中性点接地方式。

(一)非有效接地方式

1.不接地

在电网发展初期,系发电机直配线供电。当时人们对过电压、过电流和绝缘耐受能力等研究不足,因直接接地的内部过电压最低,且零序过电流保护又十分简单,故曾采用过直接接地方式。后因接地事故频繁和发电机烧毁等,便改为不接地方式。

这样,接地电弧可以瞬间熄灭,显著提高了运行可靠性。对于单相永久接地故障,因电网规模较小,清除故障并不困难。该方式简单经济,故目前仍有应用。

随着电压等级的升高和供电范围的扩大,当接地电容电流达到某一临界值(一般约10A)时,接地电弧熄灭困难,往往因间歇电弧接地过电压导致事故扩大。为解决这一问题,当时世界上工业较发达的德、美两国,分别采用了不同的解决途径,对中压电网接地方式的发展产生了深远的影响,而长期以来被人们认为两者互有优缺点。

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