我国大部分6—10kV和部分35kV高压电网采用中性点不接地运行方式。其主要特点是:当系统发生单相接地时,各相间的电压大小和相位保持不变,三相系统的平衡没有遭到破坏,因此,在短时间内可以继续运行。但是,为了防止故障扩大,造成相间短路;或者单相弧光接地时, 使系统产生谐振而引起过电压,导致系统瘫痪,规定带故障点运行时间不得超过2h,这样较长时间带故障点运行给生产和调度造成很大的压力。
接地方式
三相交流电网中性点与大地间电气连接的方式,称为电网
中性点接地方式。不同中性点接地方式对电网绝缘水平、过电压幅值及保护元件选择、供电可靠性、继电保护方式、人身及设备安全、通信干扰、电磁兼容、投资费用等会产生不同的影响。因此中性点接地方式的选择是一个综合性问题,必须根据系统情况、电网结构、电容电流大小综合分析才能合理选择中性点接地方式。
我国早期曾规定:将电力系统中性点接地方式分为大
接地短路电流系统和小接地短路电流系统两类。一般认为接地电弧能自熄灭的接地系统为小接地电流系统,接地电弧不能自熄灭的接地系统为
大接地电流系统。因电流大小难以用电力系统中性点接地方式分类来明确界定,因此改成分为
中性点有效接地系统和
中性点非有效接地系统。
电力系统中性点有效接地,包括直接接地或经低值电阻器或低值电抗器接地,有效接地电网的特征是:全系统的零序电抗(X0)对正序电抗(X1)之比(X0/X1)为正并小于3,零序电阻(RO)对正序电抗(X1)之比为正并小于或等于1。在中性点有效接地系统,在发生单相接地故障时,故障相通过较大故障电流,其值最大可超过三相短路时的故障电流,此时非故障相的对地稳态电压不超过80%线电压。
反之为中性点非有效接地系统。电力系统中性点非有效接地,包括谐振(消弧线圈)接地、高阻接地、高阻抗接地和不接地。在中性点非有效接地系统,一相接地时,非故障相上的对地电压一般可高达105%线电压,此时,单相接地故障电流较小。
三相系统
小电阻接地系统在国外应用较为广泛,我国开始部分应用。这主要是因为这样做具有下述优越性:一是正常供电情况下能维持相线的对地电压不变,从而可向外(对负载)提供220/380V这两种不同的电压,以满足单相220V(如电灯、电热)及三相380V(如电动机)不同的用电需要。
各相对地电容电流的数值相等而相位相差120°,其向量和等于零,地中没有电容电流通过,中性点对地电位为零,即中性点与地电位一致。这时中性点接地与否对各相对地电压没有任何影响。可是,当中性点不接地系统的各相对地电容不相等时,即使在正常运行状态下,中性点的对地电位便不再是零,通常此情况称为
中性点位移即中性点不再是地电位了。这种现象的产生,多是由于架空线路排列不对称而又换位不完全的缘故造成的。
在中性点不接地的三相系统中,当一相发生接地时:一是未接地两相的对地电压升高到√3倍,即等于线电压,所以,这种系统中,相对地的绝缘水平应根据线电压来设计。二是各相间的电压大小和相位仍然不变,三相系统的平衡没有遭到破坏,因此可继续运行一段时间,这是这种系统的最大优点。但不许长期接地运行,尤其是发电机直接供电的电力系统,因为未接地相对地电压升高到线电压,一相接地运行时间过长可能会造成两相短路。所以在这种系统中,一般应装设绝缘监视或接地保护装置。当发生单相接地时能发出信号,使值班人员迅速采取措施,尽快消除故障。一相接地系统允许继续运行的时间,最长不得超过2h。三是接地点通过的电流为电容性的,其大小为原来相对地电容电流的3倍,这种电容电流不容易熄灭,可能会在接地点引起弧光间隙,周期性的熄灭和重新发生电弧。弧光接地的持续间歇性电弧较危险,可能会引起线路的谐振现象而产生过电压,损坏电气设备或发展成相间短路。故在这种系统中,若接地电流大于5A时,发电机、变压器和电动机都应装设动作于跳闸的接地保护装置。
优缺点
配电网中性点不接地是指中性点没有人为与大地连接。事实上,这样的配电网是通过电网对地电容接地。
(1)中性点不接地系统的主要优点包括: 电网发生单相接地故障时稳态工频电流小。在这种情况下:如雷击绝缘闪络瞬时故障可自动清除,无需跳闸; 如金属性接地故障,可单相接地运行,改善了电网不间断供电,提高了供电可靠性; 接地电流小,降低了地电位升高。减小了跨步电压和接触电压,减小了对信息系统的干扰,减小了对低压网的反击等。经济方面: 节省了接地设备,接地系统投资少。
(2)中性点不接地系统的缺点:
①与中性点电阻器接地系统相比,产生的过电压高(弧光过电压和
铁磁谐振过电压等),对弱绝缘击穿概率大;
②在
间歇性电弧接地故障时产生的高频振荡电流大,达数百安培,可能引发相间短路;
③故障定位难,不能正确迅速切除接地故障线路,有可能发展为多相短路接地。
方式影响
对供电可靠性的影响
众所周知,配电网中性点不接地或经消弧线圈接地方式与中性点经小电阻接地方式比,最大的优点是在发生单相接地故障时,如果是瞬间故障,当系统电容电流或经消弧线圈补偿后的残余电流小到自行熄灭的程度时,则故障可自行消除,如果是永久故障,该系统可带单相接地故障运行Zh,获得足够的时间排除故障,以保证对用户的不间断供电。但这一优点在以电缆为主的
城市配电网中并不突出。电缆故障的原因,从统计情况看,主要是绝缘老化、电缆质量、外力破坏等,一般都是永久性故障,当发生接地故障时不应带故障运行。从实际运行情况看,在以电缆为主的配电网中,中性点不接地或经消弧线圈接地方式下,单相接地故障引发的相间短路故障较多。一些实际事故表明,单相接地故障发展为相间故障,反而扩大了停电范围,尤其是当发展为母线短路故障时,相当于变压器出口短路,而由于一些变压器抗短路冲击能力较弱,从而可能造成变压器损坏。就城市配电网供电方式的实际情况看
双电源供电方式、架空绝缘线的采用、环网布置、开环运行方式,电缆线路所占比重等因素造成了采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式的优点不突出。从已改小电阻接地方式的变电站实际运行情况分析;保护配置得当,可不降低供电可靠性。
对通信的影响
接地故障人地电流及运行中的零序电流,对邻近通信线路感性祸合产生纵电动势。三相产生的不对称电压,对邻近通信线路容性耦合产生静电感应电压。配电网接地故障人地电流产生的地电位升高,通过接地电极之间的阻性耦合在接地的电信线路上产生电压,称为阻性祸合或直接传递。上述在通信系统产生的电压和电流是危害通信系统的,称为危险影响。而降低通信质量,电话产生杂音,电报信号和数据传输失真等情况的,称为干扰影响。因电网中性点直接接地,中性点电阻器(或电抗器)接地,其接地故障人地电流比中性点不接地(绝缘)和消弧线圈接地要大,对通信系统的影响,前者比后者大。这是如下概念产生的,单电源馈电,在线路末端(F点)产生单相接地故障,故障电流在与电力线路平行的通信线路上感应出较大的电压(若通信线路一端接地,则在另一端可用电压表量出),感应电压随故障电流的增大而增加。
根据这一简单基本概念而得到的通信线路的电磁感应的判断,显然是过大的。实际城市配电网只一端中性点接地,而另一端呈开路情况是很少的。实际配电网比这复杂得多。当线路某处F 发生单相接地故障时,接地故障电流从两端流人故障点F 的电流方向相反,通信线路全长感应电压与()绝对值成比例,故中性点直接接地系统、中性点低值电阻器(或低值电抗器)接地系统就不一定比中性点消弧线圈接地系统和中性点不接地(绝缘)系统对通信线路的感应电压大,要具体计算和实测。实际大城市的配电网和通信网都是电缆,接地故障电流从电缆外皮分流,一般是没有影响的。总之,具体情况要具体计算分析。还须指出,感应电压超过规定值时还有很多防护措施可采用。
北京、上海、深圳、广州等地都有多年的中性点小电阻接地的运行经验,也都对故障接地对通信线路的影响进行了分析和计算,理论计算和实践证明其感应电压均低于规程DL 5033-1994的规定。
对人身的安全性影响
从供电局提供的实例分析,无论是在不接地或经
消弧线圈接地系统,还是在经小电阻接地系统,都有触电伤亡及逃脱电击事故发生的例子,所以对于这种直接接触高压的事故,是否会造成人身伤亡的关键不在于是哪一种中性点接地方式,而是在于触电者接触带电体的方式以及触电后脱离的时间。所以从保护人身安全方面考虑,中性点不接地或经消弧线圈接地系统由于在发生单相接地时不立即跳闸,所以对误碰带电线路且不易立即脱离电源的人会带来较大危害,而对于中性点经小电阻接地系统在发生金属性单相接地时,由于时间短、保护能正确及时动作使触电人员立即脱离电源,所以尽管短路电流较大,但是给人身造成的伤害相对而言会比较小,但是如果中性点经小电阻接地系统在发生单相经过渡电阻接地时(如珠海机场变电站例子),由于保护不能准确及时的动作,此时仍会给人身造成伤害。
在中性点不接地系统中,系统线路和负荷运行工况的复杂性将导致系统运行参数的随机性变化,由此引发的铁磁谐振过电压已成为电力系统安全稳定运行的重大威胁,在系统实际运行过程中必须采取有效消谐措施,才能抑制或避免铁磁谐振过电压,保证系统安全稳定运行。