电力系统中性点接地方式与供电安全的研究

发表时间:2020/7/14   来源:《建筑实践》2020年6期   作者:刘明
[导读] 电力系统中绝大多数故障都是单相接地故障

         摘要: 电力系统中绝大多数故障都是单相接地故障。为提高其动作灵敏性,均装设专门的接地保护装置。该装置构成简单,易于实现。通常反映接地故障时的零序电流和电压,称为零序保护装置。而中性点不接地、中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时,由于故障电流小,线电压仍然对称,系统还可以持续运行1-2小时,故称为小电流接地系统。除非有特殊要求,该系统的接地保护才作用于跳闸,否则接地保护只作用于信号,提醒运行人员注意。
         关键词:电力系统;性点接地方式;供电安全;研究
         所谓电力系统中性点接地方式就是电力系统当中,变压器或者发电机中性点和地之间所采用的连接方式。通过大量的实践发现,选用恰当的中性点接地方式非常重要,不但对电力系统的电流起到一定的抑制作用,还可以对过电压的水平进行有效的控制。鉴于以上情况,对电力系统中性点的接地方式进行探讨,重点论述了三种主要的接地方式,分别为中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地、中性点直接接地。希望通过本次分析帮助相关工作人员选择最合适的中性点接地方式,保证电力系统安全、可靠、有效地运行。
         1中性点不接地
         1.1安全性
         实践证明,电力系统中性点不接地安全性更高。实验表明,如果三相供电系统进行单相接地,那么中性点不接地的短路电流要比直接接地的电力小很多,也就是说,中性点不接地连接方式和直接接地方式相比较,中性点不接地更加的安全。因此,在很多低压供电系统或者爆炸危险场所都选用中性点不接地的连接方式。
         1.2可靠性
         电力系统中性点不接地连接方式除了具有安全性的优点之外,还具有可靠性的特点。通过研究发现,中性点不接地配电网存在单相接地故障的时候,线电压通常是处于对称不变的状态,同时故障位置的短路电流非常小,所以对用户的用电安全没有起到破坏作用。鉴于以上情况,在现有的配电网络当中,电力系统中性点不接地方式的使用比例接近90%。除此之外,如果中性点不接地方式所使用的线路比较短,因此电容产生的电流也非常小,接地电弧能够自动地熄灭,避免了线路跳闸的发生,以上分析表明,电力系统中性点不接地系统可以实现带故障运行;如果中性点不接地方式所使用的线路比较长,接地电容所产生的电流就比较大,此时将可能形成间歇性电弧和高幅值的孤光接地过电压,这个时候需要继电保护来对线路进行改善。
         1.3电压的升高
         当电力系统中性点不接地系统发生单相接地故障的时候,中性点的电压将会升高,并且升至相电压,所以对中性点的绝缘水平将有新的要求,此时的绝缘水平必须达到线电压的标准。然而,通过调查发现,大部分服役期的电网主变都是分级绝缘变压器,这就必然会对中性点不接地系统的普遍应用产生一定的干扰作用。通过上述分析,中性点不接地系统的运用是受到一定局限的。对于三相供电系统和线路比较短的配电网来说,更加适合采用中性点接地系统;对于低压供电系统或者爆炸危险场所来说,更加适合采用中性点不接地系统。
         2中性点经消弧线圈接地的运行方式
         当接地电流很大时,接地点会出现时断时续的电弧,从而在电力线路上会发生串联谐振,于是在电力线路上可产生约为相电压3倍的过电压。这将给线路的安全运行带来危险,其中绝缘薄弱的地方就会被击穿。为了防止故障点发生电弧,就要在电力线路的中性点连接一个用来减少起弧电流的消弧线圈。消弧线圈实践是一个铁心可以调整的电感线圈,当电力电路发生单相接地时,产生的接地电流通过接地电容的容性电流其相位超前于电压90度,而通过消弧线圈的接地电流呈感性其相位滞后于电压90度,两个电流方向相反互相补偿,则减少了接地电流的大小。当接地电流小于起弧电流时,则接地点将不会产生电弧。电力线路上也不会产生危险的过电压了。
         中性点接消弧线圈的电路发生单相接地故障时,非故障相的对地电压会升高到线电压。所以应将线路绝缘按照不低于线电压标准设置,以确保运行安全。


         3中性点直接接地运行方式
         我国110kV及以上超高压电力系统和220/380V低压配电系统通常采用中性点直接接地方式。利用中性点直接接地系统,好处有三点。第一点是可以降低线路的绝缘成本。这是由于当有一相线路接地时,另外两相完好相对地的电压不升高,所以电力供电的线路绝缘只需要按照相电压配置即可,特别对于110kV超高压供电时,对传输线路的绝缘成本控制很有好处,否则按线路的线电压去作绝缘,成本要增加很多。第二点是中性点直接接地并且引出中性线,其好处是当电力线路发生单相接地时,通过中性线形成单相短路回路,由加装的保护装置动作,可以使故障点迅速切除。第三点是中性点接地并且中性线引出后,特别对于220/380V低压配电系统可以传导三相不平衡电流,减少中性点的电位偏移,使得低压供电更加安全,同时若再安装漏电保护器,将会进一步保障人身的安全。
         4零序保护
         4.1 中性点不接地系统的零序保护
         单相接地时,中性点成以单相电压存在,影响系统内三相电力系统,因此系统内都会出现零序电压,而短路点的零序电压即为相电压。
         4.1.1零序电流保护
         当零序电流继电器感应到零序电流时将动作发出信号。为防止单相接地电流较大造成重大影响,通常将保护装置也接于零序电流滤过器形成的零序回路中,对交大电流进行控制。
         4.1.2 方向性零序电流保护
         一般情况下故障线路与非故障线路零序功率方向会有所不同,因此在使用充分利用这个特点,对零序功率方向继电器要采用方式接入进行控制,必须采用正极性接入,防止误动或拒动。
         4.1.3 绝缘监察装置
         绝缘监察装置对接地后出现的零序电压进行监测,并进行延时动作与信号的发生。运行期间可以利用线路始端五次谐波零序电流异常,对故障线路进行判别,实现有效的监测。
         4.2 中性点直接接地系统零序保护
         采用中性点直接接地系统时,正常情况下零序电流不存在,而接地时则会产生很大的零序电流和零序电压的变化。系统中一旦出现接地短路,必然导致零序电流的产生。因此可以通过安装零序电流互感器对接地导致的零序电流信号进行监测。此外,零序电压发生的变化也可以通过利用零序电压过滤器进行监测,通过采用一种或两种监测均可以实现对接地现象的监测。
         5结束语
         电力系统中性点接地方式的合理选择关乎电网的安全、稳定运行,因此应予以足够的重视。研究表明,中性点不接地方式适用于三相供电系统和线路较短的配电网,且表现出供电安全和供电可靠的优点;中性点经消弧线圈接地主要应用于35kV以下的供电系统中及易燃易爆区,但应在消弧线圈的端部并入电阻来应对存在的应用缺陷;中性点直接接地适用于高于110kV的高压电网及低于600V的低压电网。总之,多种中性点接地方式的出现是为了适应电力系统的发展需要,因此在今后的研究中,应不断拓宽研究的广度和深度,以确保研究的内容不脱离实际需要及更好地为社会发展服务。
         参考文献
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         [3]侯聚林.工厂电力系统大电缆配电系统中性点接地方式与供电可靠性[J].数字化用户,2013,19(06):20.
         [4]余波.工厂电力系统大电缆配电系统中性点接地方式与供电可靠性[J].硅谷,2008(17):23.
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