中性点接地方式研究论文技术人员技术论.docx

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中性点接地方式研究论文技术人员技术论

2016年度技术人员技术论文

题目：

中性点接地方式研究论文

作者：

郑光远

单位名称：

建安公司北仑分公司

单位主管技术领导（签名）：

时间：

2016年9月30日

一序言----------------------------------------------------------------3

二中性点经消弧线圈接地系统存在的问题-----------------------4

三国内外接地方式的发展现状--------------------------------------5

四大型化工企业配电网采用电阻接地的特点--------------------7

五石化企业配电网中性点经电阻接地方式的可行

性讨论----------------------------------------------------------------9

一、序言

石化企业具有电力负荷密度大、供电可靠性要求高、供配电线路以电力电缆为主等特点。

由于供电量大，这类企业往往在内部形成相对独立的6～35kV企业配电网。

大型企业35/6kV配电网，其系统中性点以前主要采用的是中性点不接地的运行方式，这对过去以架空线为主的配电网是适宜的，但是近年来随着电网的快速发展、电网逐渐发展为以电缆线路为主，电缆的长度不断增加，使得电网的接地电容电流水平不断提高；另一方面，氧化锌避雷器和结构紧凑的全封闭组合电器也得到广泛应用。

在这种形势下，原有的中性点不接地运行方式已不能适应，带来的问题主要有：

（1）中性点不接地电网发生单相接地时，系统内部过电压水平高（可达到3.5～4.0倍相电压），持续时间长，而电缆和一些全封闭组合电气绝缘水平低，某些进口设备绝缘水平低于我国同电压等级设备。

而这些设备一旦击穿很难修复，因而不宜带单相接地故障继续运行。

（2）单相接地时，避雷器长时间在工频过电压下运行易发生损坏甚至爆炸。

目前，采用提高氧化锌避雷器运行电压的方法来避免爆炸事故发生，但这并不经济，因而这种接地方式不利于无间隙氧化锌避雷器的推广应用。

（3）从保证人身完全来说，不宜采用中性点不接地系统来保证供电的连续性。

在这种中性点不接地系统中，当配电网电压发生突变、变压器高压线圈发生接地、系统发生接地或弧光接地故障时，都可能在系统中引发过电压。

对于空载励磁特性较差的电压互感器，在过电压作用下，因励磁电流的剧增，会导致高压熔断器频繁熔断，甚至造成电压互感器烧毁，如果处理不当，或保护配置不周全，此类异常状况有可扩大为全厂性事故。

例如，某大型化工企业6kV配电网曾2次因电动机绕组绝缘不良接地，引起母线电压互感器高压熔断器熔断，后又由于处理不当而扩大为全厂性停电事故；其35kV配电网也曾发生过一夜雷雨中电压互感器高压熔断器熔断10多相次的极不安全状况。

石化企业配电网中许多电缆和电气设备由于长期运行和工作环境恶劣，容易产生绝缘老化，通常在整个配电网中绝缘的薄弱点较多。

因此对于象35/6kV电力系统，根据水电部制定的《电力设备接地设计技术规程》中规定，宜采用中性点经消弧线圈或电阻接地的运行方式。

但是，针对石化企业配电网的特点，究竟是采用中性点经消弧线圈接地还是采用中性点经电阻接地的方式，这是一个值得研究和探讨的问题。

其讨论结果可以供石化系统配电网的改造进行参考。

二、中性点经消弧线圈接地系统存在的问题

应装设消弧线圈的条件（全系统电容电流）：

3—6KV电网：

30A10KV电网：

20A

22—66KV电网：

10A

消弧线圈的作用：

减小流经故障点的电流。

中性点经消弧线圈接地系统存在的问题主要有以下几个方面：

（1）如果消弧线圈调整不当，在系统正常运行时，可能会在中性点产生较高的谐振过电压，并直接影响系统的安全运行。

典型的系统图如图2－1所示。

图2－1中性点经消弧线圈接地的典型系统图

正常运行时，中性点对电压U0为：

=

=

（2-1）

式中

—系统相电压；

L—消弧线圈电感；

r0—消弧线圈部全部有功损失的等效电阻；

C—系统单相对地电容；

r—系统单相对地泄漏电阻；

1/R=1/r0+3/r为系统对地全电导；

为系统不对称度；

为系统阻尼率；

为系统补偿度（或称系统脱谐度）。

由（2-1）式可见，当消弧电感感抗和系统对地容抗相近，使补偿度很小时，系统中性点在正常运行时可能会出现相当高的过电压。

（2）大型化工企业6～35kV配电网上，常直配大型电机、电弧炉变压器、整流变压器及大型电气设备，这些设备的正常投入与切除均直接影响系统电容电流，给消弧线圈电感的跟踪调节造成困难，一旦整定调节不当或调度管理失误，将产生谐振过电压而危及整个配电网的安全。

（3）准确检测出接地故障线路较困难，目前虽有不少微机型的高灵敏度接地保护装置，但实用情况均不够理想。

（4）虽然现在有自动跟踪、自动调谐的智能型消弧线圈，但当系统发生单相接地时，消弧线圈不再调整，若接地检测装置不能检测出故障线路，还必须依靠拉合有关线路查找故障点。

对于出线回路数多、母线结线复杂的配电网，查找故障的时间可能很长，在查找过程中会出现过补偿或欠补偿超过允许值的情况，致使这将会使再多次发生弧光复燃，出现过电压，将有可能使相邻敷设的电力电缆被破坏，致使事故范围扩大。

三、国内外接地方式的发展现状

世界各国的城市配电网的中性点接地方式并没有形成统一的做法，不同国家、甚至同一国家的不同城市，都不尽相同。

主要根据各自的具体条件和考虑侧重点，特别是参照各自的传统和经验来加以选定。

在某些城市，甚至在同级电压的配电网中也有多种中性点接地方式并存的情况。

就基本特性而言，各国城市配电网的中性点接地方式可归纳为两大类：

（1）不接地或经消弧线圈接地（均属非有效接地）

（2）直接接地或经中、低值电阻接地（均属有效接地）

我国城市配电网从20世纪50年代起引进消弧线圈。

此后，电网的中性点接地方式逐步统一到下述方案：

110kV及以上有效接地

35~66kV经消弧线圈接地

3~10kV不接地或经消弧线圈接地

380/220V直接接地

这一规定几乎延续了40年左右，对我国城市配电网的安全可靠供电曾起过很好的作用，直到80年代后期，情况才有了变化。

当时我国南方的某些城市（例如深圳、广州）用电量迅猛增加，新建配电线越来越多地采用地下电缆，电容电流大增，再加上进口了不少绝缘水平较低的电缆和电气设备（因为它们的生产国的配电网中性点是有效接地的，因而设计时所取的绝缘水平较低），它们显然不宜应用在非有效接地的配电网中。

这些新情况促使部分城市从1989年起开始使用经中、低值电阻接地的方式，使我国城市配电网的中性点接地方式又多了一种选择，并在全国不少大城市配电网得到推广应用。

这些大城市配电网的最大特点是对地电容电流特别大，达到数百安培，这和镇海炼化石化变35kV配电系统的情况很相似。

随着接地电阻阻值的不同，中性点经电阻接地的配电网可以是有效接地系统，也可能是非有效接地系统。

在国际上，通常把中性点接地电阻作如下分类（表3-1）：

表3-1中性点接地电阻的阻值

电阻类别

阻值（Ω）

单相接地故障电流（A）

高电阻

中电阻

低电阻

数百~数千

10~100

<10

<10

30~300

600~1000

（1）高电阻接地

这类电网实际上仍属非有效接地系统，这样的电阻虽然对断续电弧接地过电压和谐振过电压也能起一定的抑制作用，但总的过电压水平和绝缘水平仍与其他非有效接地系统相似。

接高电阻的目的主要是为了限制单相接地故障电流。

这种接地方式主要用于200MW以上大型发电机回路和某些6~10kV配电网中。

（2）低电阻接地

这类采用经一小于10Ω的低电阻接地的电网发生单相接地故障时，故障点将流过相当大的阻性电流分量，这种电网的运行特性与中性点直接接地电网最为接近，二者的优点亦基本相同，诸如：

快速切除单相接地故障，发生异相多重接地故障的概率极小；断续电弧接地过电压、谐振过电压等发展不起来，其他过电压水平亦较低，且可采用无间隙ZnO避雷器，因而容许采用绝缘水平较低的电缆和设备；短时工频电压升高较小，减轻了绝缘老化效应，延长了电缆和设备的使用寿命；容许采用简单可靠、有选择性和足够灵敏度的接地继电保护。

当然，由于它们的接地故障电流高达600~1000A，甚至更大，必然也会带来一些缺点和问题，例如：

每次单相接地故障均导致跳闸，为了达到供电可靠性的指标，必须从电网架构、自动装置等方面采取措施，保证开关跳闸后能迅速恢复供电；

当电缆一处接地时，大电流电弧可能连带烧毁敷设在同一电缆沟里的相邻电缆，扩大事故，其至酿成火灾；短路电流大，通信干扰严重，对人身、设备的安全也不利；短时耗能大，要求电阻器的热容量和总体积也很大，电阻器的制作难度大、造价高。

（3）中电阻接地

为了避免或减轻上述低电阻接地方式的缺点，而又要克服高电阻接地时过电压水平和绝缘水平高、继电保护运行不可靠等弊端，有些国家采用了折衷方案——中电阻接地，以求将接地故障电流限制到100~200A，此时应保证接地保护的灵敏度和选择性，网内发生单相接地故障时即予快速切除；中电阻接地也是一种很值得注意的接地方式。

在我国，已在大型火电厂的6kV厂用电系统中获得应用；

四、大型化工企业配电网采用电阻接地的特点

目前已有很多大城市配电网，由于接地电容电流太大，采用了中性点电阻接地方式，如北京、上海、天津、广州、深圳、宁波等一些城市的城区供电局目前均已根据保护配合的需要及限制过电压水平的要求，分别采用了电阻为6～20

不等的低电阻接地方式。

对于大型化工企业配电网，虽然其电容电流没有城市配电网那么大，但也可根据自身配电网的实际情况，选择中性点电阻接地方式，特别对于那些电容电流已超过允许值较多的中性点不接地的配电网，更可优先考虑改造成中性点经电阻接地方式。

采用中性点经电阻接地方式主要有以下理由：

（1）可避免在中性点不接地系统中经常发生的电压互感器烧毁及系统一点接地时电压互感器高压熔断器频繁熔断的异常现象。

（2）可使非接地相过电压限制在较低水平，从而降低整个配电网的绝缘配合水平。

根据有关资料，非接地相电压升高与中性点电阻阻值直接相关。

改造时可根据过电压限制要求及保护配合需要（接地故障电流大小），选择合适的中性点接地电阻值。

（3）目前各种技术参数的高压接地电阻已有成熟产品，采用中性点经电阻接地方式，很容易实现，改造费用不大，且接线简单，运行可靠。

（4）一次设备简单、可靠、无发生谐振过电压之顾虑，单相接地短路电流比相间短路电流小得多，不影响一次设备的选择。

保护配置方便，又可提高继电保护（接地保护）的灵敏度和准确度。

（5）考虑到目前在大型化工企业配电网中，重要配电线路一般均采用双回路供电，如果能与备用电源自动投入装置相配合，特别重要线路还可配微机型备用电源快切装置，则电阻接地系统仍然会有很高的供电可靠性，安全可以满足石化企业的可靠供电的要求。

（6）对于电容电流较小的系统，也可适当考虑采用高电阻接地系统，这样既可减少发生弧光接地过电压的机会，又可提高接地保护的灵敏度，同时不影响全系统的供电可靠性。

综上所述，各种接地方式均有其自己的特点，在实用使用中应多考虑各种可行的措施，以克服不同接地方式各自存在的弱点及问题，同时又不致使系统过于复杂和增加运行的难度。

对于大型化工企业以电力电缆为主要线路的配电网，可以考虑以中性点经电阻接地方式替代中性点绝缘及经消弧线圈接地的方式，克服弧光接地电压及谐振过电压问题，并配置备用电源自动投入装置来保证供电的可靠性。

五、石化企业配电网中性点经电阻接地方式的可行性讨论

配电电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多因素的综合性问题。

在选择中性点接地方式时应充分考虑供电可靠性、继电保护工作可靠性、设备与线路的绝缘水平及人身完全等因素，通过技术经济比较，确定选择合理的中性点接地方式。

下面结合石化系统配电网的实际情况，来探讨其中性点采用经电阻接地方式的可行性。

5.1供电可靠性

采用小电阻接地后，当发生单相接地故障时线路要立即跳闸，不能保证用户的连续供电。

但在石化系统的配电网中，它不是过去的单电源的辐射系统或树形系统，而是网孔系统或网络系统馈电。

因此，在这种情况下，提高用电可靠性就不再是靠要求带单相接地故障运行几个小时来保证，而是靠电网结构和调度控制来保证。

即依靠环网结构和多路供电来保证设备供电可靠性。

5.2人身安全问题

在中性点直接接地系统中和中性点经电阻接地系统中，工作人员误登杆或在工作中误碰带电导体是对人员人身安全的威胁。

与中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比要严重。

但实际运行的经验表明，单相接地故障时引起人员触电伤害的概率极小。

例如，北京地区改小电阻接地以来，共发生400多次电缆接地事故，均未发生人身伤亡事故；上海从1919年在杨树浦发电厂电源侧中性点上装设了8

低电阻接地以来，运行至今已79年未发生过人身伤亡事故；而上海市区采用经小电阻接地已多年，运行中多次出现电缆接地故障均未发生人身伤亡事故。

广州在改变10kV配电网中性点经低电阻接地后，1919年3月19日发生一次建筑工人将自来水管碰及运行中的三元里站10kV线路，因线路及时跳闸，虽重合后又跳闸，工人仅感麻电未发生伤害。

所以配电网中性点经电阻接地系统，单相接地故障时引起人员触电伤害的概率极小。

因此,石化系统配电网采用电阻接地方式，实际发生单相接地故障时引起人员触电伤害的概率也是极小的。

5.3继电保护配置

以往小电流接地系统配置的保护包括：

作用于跳闸的限时相间速断保护和低压闭锁的过电流保护，作用于信号的零序电流及零序电压保护，一二次自动重合闸及重合闸后加速。

发生单相接地故障时，由零序保护发出接地信号，若有消弧线圈，则由手动或自动投入消弧线圈，对接地电容电流进行补偿，然后由选线装置或运行值班人员找出故障线路，断电后进行处理。

但由于消弧线圈补偿接地电容电流后零序电流残余很小，选线装置一般很难选准故障线路，只有由运行值班人员拉路选线，这样对于保证供电可靠性是很不利的，也失去了单相接地故障线路再运行1～2h的意义。

若接地系统改为小电阻接地，由于单相接地时故障电流大，必须切除故障线路，故其保护配置主要为；限时（瞬时）零序电流速断保护，两段式零序过流保护，所有保护均动作跳闸。

因此,采用中性点经过电阻接地方式,其保护配置比较简单,具体工程中容易实现。

5.4接地电阻的选择

目前国内已有多家厂家生产中性点电阻器，按材料分为水阻、铸铁电阻、合金电阻、氧化锌线性电阻。

目前国内主要使用铸铁和合金电阻，在系统内已运行的小电阻接地的变电站日趋增加。

合金电阻比铸铁电阻体积小，占地少，可以做到结构紧凑，在系统内运行的数量日趋增加。

另外，考虑石化系统通常很容易发生腐蚀，可以采用合金电阻。