配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式的运行安全可靠性探讨

1、配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式的运行安全可靠性探讨配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式的运行安全可靠性探讨盛晔,朱玛,胡贤德,金乃正,沈志恒.,万亦如,周(1.绍兴电力局,浙江绍兴312000;2.浙江大学电气T程学院,浙江杭州涟2,口3100271摘要:分析了中性点不接地方式,中性点经消弧线圈接地方式,中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式的特点,适用范围和对配电网系统运行可靠性的影响.结果表明,中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式适用范围最广,故障选线性能优越,且成本增加不多,可以进一步提高配电网运行的安全性和可靠性,具有良好的应用前景.关键

2、词:配电网;中性点接地方式;消弧线圈;并联选线电阻中图分类号:FM7l2文献标识码:A文章编号:10043950(2011)O5001805Studyonsecurityandreliabilityofdistributionnetworkneutralgroundingmodethrougharcsuppressioncoilandline-selectingresistanceinparallelSHENGYe.ZHUMa.HUXiande.etof(1.ShaoxingElectricPowerCompany,Shaoxing312000,China;2.SchoJ1ofElectric

3、alEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Therearemainlyburkindsofneutralgroundingmodestordistributionnetwork:neutralnon-groundingmode,neutralgroundingmodethrougharcsuppressioncoil,neutralgroundingmodethroughsmallresistance,andDentragroundingmodethrougharesuppressioncoilandlines

4、electingresistanceinparalle1.Thefeatures,thescopeofapplication,thesecurityandreliabilityofpowersupplyofthesefourneutralgroundingnlodeswereanalyzed.Theresultsshowthatneutralgroundingmodethrougharcsuppressioncoilandlineselectingresistanceinparallelhasthewidestscopeofapplicationsantigreatfaultlineselec

5、tingperformance.Besidestheincreasedcostsisnotlarge,andtheseenr'ityandreliabilityofdistributionnetworkoperationcanbefurtherimproved.Thisneutralgroundingmodehasagoodprospect.Keywords:distributionnetwork;neutralnongroundingmode;arcsuppressioncoil;lineselectingresistanceinparallel0引言配电网中性点接地方式是一个涉及电

6、力系统多方面的综合性问题,它与供电可靠性,人身安全,设备安全,继电保护,绝缘水平,过电压保护,电磁兼容,经济性等许多问题有着密切关系,对电力系统的设计与运行有着重大影响.配电网中性点传统的接地方式主要有四种,即中性点不接地方式,中性点经消弧线圈接地方式和中性点经小电阻接地方式,而中性点经消弧线圈加并联选线电阻的接地方式,是近年来出现的一种全新的且已得到较广泛应用的接地方式.这四种接地方式各有利弊,因此,对于不同地区电网需要寻求适合自身特点的安全可靠,经济合理的巾性点接地方式.本文中就上述四种中性点接地方式各自具有的特点,不同的适用范围和对配电网系统运行安全可靠性的影响分别进行讨论收稿日期:20

7、1l一0513作者简介:盛晔(1968一),男,浙汀绍兴人,高级T程师,研究方r口J为电力系统自动化.一181配电网各种中性点接地方式的特点和适用范围1.1中性点不接地方式中性点不接地方式具有结构简单,发生单相接地故障时还能继续供电的优点.但由于易产生幅值较高的电弧接地过电压(3.5pu),并可能由此引发危害整个配电网的铁磁谐振过电压,因此对设备绝缘水平要求较高,这势必增加设备绝缘方面的投资.目前,中性点不接地方式仅适用于电容电流小于10A的农村架空配电网.1.2中性点经消弧线圈接地方式在中性点经消弧线圈接地方式下,发生单相接地故障时,中性点经消弧线圈会产生一个与对地电容电流大小接近,方向相反

8、的电感电流,因此可以有效减少单相接地时的接地故障电流,使电弧电流过零后自动熄灭,一般不会再引起跳闸,并且能消除电弧接地过电压及其引发的危害配电网的铁磁谐振过电压,从而保证供电连续性,提高供电可靠性.这种接地方式是当前20kV中压配电网中性点接地方式的主要发展趋势.中性点经消弧线圈接地方式也会因添加消弧线圈增加额外投资,且具有故障线路选线难度大大增加,在谐波分量严重的情况下无法根除接地电弧,过电压幅值仍可达3.2pu等缺点.该接地方式主要适用于电容电流较大,架空和电缆混合的绝大多数城市配电网.1.3中性点经小电阻接地方式中性点经小电阻接地方式的主要优点:在发生单相接地故障时,能有效降低工频过电压

9、和弧:光接地过电压(2.5pu以下);同时,发生单相接地故障时,接地线路会流过较大阻性电流,保证零序保护可靠动作,可准确判断并快速切除故障线路.中性点经小电阻接地方式的主要缺点:一旦发生单相接地故障,保护就会动作跳闸,使配电网故障跳闸次数大大增加,供电可靠性降低;同时,发生单相接地时,较大的接地电流会产生较高的接触电压和跨步电压,对设备和人身造成威胁,并对周围通信线路造成干扰.中性点经小电阻接地方式主要适用于电容电流超大,一般消弧线圈已经不能满足灭弧要求的特大型城市配电网或由全电缆组成的城市配电网;此外,一些已选用较低绝缘水平的电缆和开关设备的配电网,因不可能采用消弧线圈方式,也只能采用小电阻

10、接地方式.1.4中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式,可以保持中性点经消弧线圈接地方式的优点,在发生单相接地故障时,产生一个抵消对地电容电流的感性电流,消除间歇性电弧过电压,保证故障迅速消失,恢复正常供电.若经一段时间的消弧线圈补偿后,仍不能消除接地故障,此时再投入与消弧线圈并联的中值电阻,通过适当调小电阻值,使流过故障点的电阻电流分量增大,从而使流过该接地回路的零序电流明显增大,即可有效地对接地故障线路作出判别.中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式主要适用于电容电流较大,架空和电缆混合的绝大多数城市配电网,也适用于电容电流不太大,以架空为主的农村配电

11、网,同时对以电缆为主,电缆架空混合的绝大多数城市配电网也具有良好的适用性.中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式与中性点经消弧线圈接地方式相比,产生的过电压幅值基本相同(3.2pu),但选线性能大大改善,而且适用面广;另外,它增加的成本不多,且没有副作用.2配电网中性点四种接地方式下的单相接地故障选线,过电压与绝缘配合2.1配电网中性点不接地方式2.1.1配电网不接地方式下的单相接地故障选线中性点不接地电网发生单相接地时电流分布如图1所示,电流分布具有如下几个特点.0LJ一1l3J勉一jL一IL一图1中性点不接地电网单相接地时电流分布葫掌露柱2011年,第5期一l9一(1)非故障线路零序电流3

12、,n的大小等于本线路的接地电容电流,故障线路的零序电流3,n的大小等于所有非故障3,f】之和,零序电压突变,抬高;(2)故障点的电流为全网的接地电容电流;(3)故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反,非故障线路的零序电流超前零序电压90.,方向由母线流向线路;故障线路的零序电流滞后零序电压90.,方向由线路流向母线.无论常规装置还是兼有功能的选线装置,其T作原理一般都基于以上i个特点,关键是看其实现方式和可靠程度.配电网中性点不接地方式下单相接地故障选线方法主要包括零序电流检测法,零序电流方向法,首半波检测法和5次谐波检测法.目前,由于接地故障发展的复杂性,还不能对中性点不接地方式下

13、的单相接地故障线路作出100%的准确判断,一般选线成功率在80%以上.2.1.2配电网不接地方式下设备的绝缘配合对于配电网不接地方式,一般情况下系统内部所产生最大过电压不超过3.5pu.所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应与上述最大过电压相配合,即所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应大于3.5pu,并保留一定的裕度,因此,它主要靠设备本身的绝缘来承受操作过电压的冲击.而所有设备的雷电过电压绝缘耐受水平应与保护它的无间隙金属氧化物避雷器相配合,即设备的抗雷电冲击能力主要靠无间隙金属氧化物避雷器来保护,所有设备的雷电过电压绝缘耐受水平应大于无间隙金属氧化物避雷器的残压,并保留一定的裕度.2.1.3配电

14、网不接地方式下的铁磁谐振问题配电网系统中装设的大部分为电磁式电压互感器(PT).在中性点不接地方式下,发生单相接地故障容易产生幅值较高的电弧接地过电压(3.5pu),它使饱和,并引发危害整个配电网的铁磁谐振过电压,会严重影响配电网的安全运行.这是采用中性点不接地方式最容易出现的事故.消除铁磁谐振最简单有效的方法是在PT高压侧中性点串抗谐振非线性电阻.另外还可以采取的消谐方法主要有采用励磁性能较好的电压互感器;电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地,即采用4PT抗谐振PT.一2f12.2配电网中性点经消弧线圈接地方式2.2.1配电网经消弧线圈接地方式的接地故障选线中性点经消弧线圈接地电网发生

15、单相接地时电流分布如图2所示.对于中性点经消弧线圈接地方式,由于消弧线圈的感性电流补偿线路对地容性电流,使零序电流在线路中的分布发生重大改变.此时故障点的残流通常很小(一般为56A),往往比单回线路的对地电容电流更小,使判线卜分困难.另外,由于接地点过渡电阻可在很大范围内变化,使流过故障点的残流在幅值和相位上也会在很大范围内变化,这也将使各条线路中流过的零序电流及其分布同样在很大范围内变化,从而使得对故障接地线路的判别更加困难.图2中性点经消弧线圈接地电网单相接地时电流分布配电网中性点经过消弧线圈接地方式下单相接地故障选线方法主要包括故障线路零序电流最大原理;零序功率方向原理;有功分量法;残流

16、增量法;暂态零序电压电流方向原理;零序导纳法接地选线方法;"S注入法"接地选线方法.在配电网中性点经消弧线圈接地方式下,日前绝大多数选线装置的成功率在40%50%,其中,"s注入法"的选线成功率可以达到70%以上.2.2.2配电网经消弧线圈接地方式下设备的绝缘配合配电网经消弧线圈接地方式的过电压与绝缘配合与中性点不接地方式基本类似,只不过操作过电压幅值稍低一些(3.2pu).所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应与最大过电压相配合,即所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应大于3.2pu,并保留一定的裕度.所有设备的雷电过电压绝缘耐受水平应与保护它的无问隙金属氧化

17、物避雷器相配合.2.2.3配电网中性点经消弧线圈接地方式下的铁磁谐振问题中性点经消弧线圈接地方式相当于在PT每相励磁电感上并联一个消弧线圈电感.由于它们都并接在零序回路中,其电感值较PT相对地的电感小得多,相当于将PT等效零序电感短路,打破了参数匹配关系,因此不易发生铁磁谐振.研究表明,当消弧线圈补偿电容电流小于5A时,不能十分有效地抑制谐振过电压;当消弧线圈:补偿电流大于15A时,可以较好地抑制铁磁谐振.因此,当配电网单相接地电容电流在15A以下时,可优先考虑选用在PT中性点接非线性电阻的方法来消除铁磁谐振消谐;当单相接地电容电流在1530A,则采用消弧线圈和非线性电阻这两种方式均可有效消除

18、铁磁谐振过电压,若考虑到今后系统中单相接地电容电流还会较快增长并超过30A,则可优先考虑采用消弧线圈消谐;当单相接地电流大于30A时,应装设消弧线圈.2.3配电网中性点经小电阻接地方式中性点经小电阻接地方式下,由于单相接地短路电流很大,通常采用零序速断,零序过流的方法,能够较方便准确地实现故障线路选线.中性点小电阻可有效抑制过电压,一般情况下系统内部产生的最大过电压不超过2.5pu,设备绝缘水平一般可较中性点不接地方式或中性点经消弧线圈接地方式有所降低.所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应与上述最大过电压(2.5pu)相配合.所有设备的雷电过电压绝缘耐受水平应与保护它的无间隙金属氧化物避雷器相配

19、合.2.4配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式2.4.1配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻的接地故障选线在中性点经消弧线圈接地方式下,目前绝大多数选线装置的选线成功率在40%50%,只有"s注入法"的选线成功率可达70%以上;而消弧线圈加并联选线电阻的接地选线装置选线成功率可达80%一90%,是目前选线效果较好的一种.浙江大学提出的"消弧线圈并联中值电阻消除接地过渡电阻选线新方法",是目前在实践中选线成功率最高的选线装置,已在实践中得到广泛应用.2.4.2配电网经消弧线圈加并联选线电阻接地方式下设备的绝缘配合配电网经消弧线圈加并联选线电阻接地方

20、式的过电压与绝缘配合与配电网中性点经消弧线圈接地方式完全相同,产生的最大操作过电压不超过3.2pu.所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应与上述最大过电压相配合,即所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应大于3.2pu,并保留一定的裕度.但考虑配电网经消弧线圈加并联选线电阻接地方式可以在数秒内实现快速准确选线,并配以快速接地选线跳闸,迅速解除过电压对设备的作用,因此可以考虑适当降低配电网设备的绝缘水平要求.有文献表明,此时的设备绝缘水平可以适当向小电阻接地方式靠拢.配电网经消弧线圈加并联选线电阻接地方式下,所有设备的雷电过电压绝缘耐受水平应与保护它的无间隙金属氧化物避雷器相配合,并保留一定的裕度.2.4

21、.3配电网中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式下的铁磁谐振问题在中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式下,单相接地故障发生后,开始是一个消弧线圈补偿电容电流的过程,然后才是投入并联电阻的选线过程.因此,在消弧线圈补偿电容电流的过程中,消弧线圈同样能有效抑制PT发生铁磁谐振,从而使配电网有效消除铁磁谐振过电压,该情况与中性点经消弧线圈接地方式的情况完全相同.3四种接地方式的安全性评价上述四种中性点接地方式的安全性有所不同,对触电人体最安全的是中性点经消弧线圈加并联选线电阻的接地方式;其次是中性点经消弧线圈接地方式;最后是中性点不接地运行方式和中性点经电阻接地方式.对于中性点经消弧线圈加选线并联

22、电阻接地方式,首先在接地补偿过程中(持续时间约数秒),流过接地点的残流很小(56A),对人体危害不大;而在其后的选线过程中,由于采用的合闸并联电阻是一个中值电阻,流过接地点的电流一般仅为数十安培(通常不超过100A),且加装了快速跳闸保护,补偿加选线的整个过程持续时间瓣重程2011年,第5期一21不超过10s,此对接地点触电人体的伤害相对较轻.对于中性点经消弧线圈接地方式,虽然接地补偿时流过接地点(假设有触电人体)的残流很小,但因不能准确选线,单相接地故障将持续较长时间,还是会对人体造成较大伤害.对于中性点不接地方式,虽然接地点(假设有触电人体)的电流一般不大(很可能比经消弧线圈的接地方式的残

23、流大),但因不能准确选线,单相接地故障同样会持续较长时间,也会对人体造成很大伤害.对于中性点经过小电阻接地方式,虽然一般能在短时问内实现准确选线跳闸(零点几秒),但因流过接地点(假设有触电人体)的电流太大(通常在几百到Lf安培),会对触电人体造成极大伤害.更严重的是高阻接地情况,可能无法准确选线跳闸,从而危及触电人体的生命安全,在南方某电力局曾经出现过类似的事故.4四种接地方式的供电可靠性评价上述四种中性点接地方式的供电可靠性有所不同,供电可靠性最好的是中性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式;其次是中性点经消弧线圈接地方式;最后是中性点不接地方式和中性点经电阻接地方式.对于巾性点经消弧线圈加并联选线电阻接地方式,其j二作过程分为两个步骤:第一步是消弧线圈的补偿过程,若通过消弧线圈的感性电流补偿把接地故障消除,系统就可恢复正常运行;若通过补偿还不能消除接地故障,则立即投入并联电阻,快速准确地确定故障线路,迅速排除故障和采用跳闸.第二步是_并联电阻投入过程,由于第一步消弧线圈的补偿过程可以消除绝大部分单相接地故障,并联电阻的投入义可对不能消除的一小部分单相永久性接地故障加以快速准确判线,因此能大大提高配电网的供电可靠性.对于中性点经消弧线圈接地方式,它可通过消弧线的感性电流补偿,消除绝大部分单相接地