供配电安全技术-第1讲中性点接地方式

供配电安全技术

第一讲：中性点接地方式中国矿业大学信息与电气工程学院电气安全与智能电器研究所张栋录一、中性点接地方式分类二、中性点非有效接地系统三、配网单相接地故障的危害四、配网中性点接地相关规定五、单相接地电容电流的治理六、配电网中性点接地方式比较七、自动跟踪补偿消弧线圈中性点：电力系统中发电机和变压器（作为电源）星型连接公共端。中性点接地方式：中性点与“地”之间的连接关系。中性点非有效接地：又称小电流接地系统，可分为不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地。中国、俄罗斯、德国、英国等配电网大多采用。中性点有效接地：又称为大电流接地系统，可分为直接接地、经低阻接地。美国、日本等配电网大多采用。一、中性点接地方式分类电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电阻，只考虑电网对地电容。电网正常时：三相经对地电容流入大地的电流相量和为零，即没有电流在地中流动。三相电压对称，各相对地电压等于相电压。二、中性点非有效接地系统发生单相直接接地时：接地相对地电压为零，中性点电压偏移为接地相相电压，非故障相对地电压升为线电压，三相线电压仍然对称。单相接地电流：二、中性点非有效接地系统发生单相直接接地时电压特点：接地故障相对地电压为零，中性点对地的电压上升到相电压，且与接地相的电源电压相位相反。非故障相对地电压由相电压升高为线电压。因此电气设备的绝缘按照线电压设计。三相的线电压仍保持对称且大小不变，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响，因此电力运行规程规定：系统可以继续运行不超过2小时，提高了供电的可靠性。发生单相直接接地时电流特点：单相接地电流等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流。与直接接地系统的单相接地短路电流相比小得多。二、中性点非有效接地系统三、配网单相接地故障危害煤矿电容电流产生原因电缆长度大估算：所有使用的电缆长度累加和（km）×1.2~1.5(A/km)接地电流危害：配电网越大，电容电流越大，单相接地电流越大，易烧穿接地点形成相间短路（电缆放炮），造成事故扩大或设备损坏。可能出现周期性熄灭和重燃的间歇电弧接地故障。有造成人身触电、引燃瓦斯煤尘、干扰通信系统等危险。过电压危害：间歇电弧将导致相与地之间产生接地过电压，其值可能达到2.5～3倍的相电压峰值。单相接地故障易激发铁磁谐振过电压。过电压故障波及全网，导致故障扩大。7刘建国矿业大学信电学院电气安全与智能电器研究所四、配网中性点接地相关规定DLT620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准规定：3-10kV不直接连接发电机的系统和35/66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：3-10kV架空线路、35/66kV系统：10A10kV非全部架空线路：20A3/6kV非全部架空线路、3-10kV电缆线路：30AGB50070-2009《矿山电力设计规范》标准规定：当6kV或10kV系统发生单相接地故障不要求立即切除故障回路而需要维持故障回路短时期运行时，应采用不接地、高电阻接地或消弧线圈接地方式，并应将流经单相接地故障点的电流限制在10A以內。《煤矿安全规程》规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过20A，保证在发生单相接地故障时产生的接地电压不超过40V。8刘建国矿业大学信电学院电气安全与智能电器研究所五、单相接地电容电流的治理改变系统运行方式分区供电（采用隔离变压器）采用接地分流消弧消谐装置：容易扩大事故，治标不治本中性点经消弧线圈接地目前，国内外电容电流治理以中性点经消弧线圈接地为主流。1、改变系统运行方式：该方法一般将系统运行方式由并列运行改为分列运行，相当于将大系统分为2个或多个小系统。优点：无需额外投资；接地故障仅影响单段母线，提高了可靠性高缺点：分列运行会造成固定电费增加适用范围：一般适用于电网规模不大且具备分列运行条件的系统，分段后各段电容电流小于20A限值2、分区供电：该方法采用6/10kV隔离变压器，将6/10kV大系统从根本上分隔为多个接地小系统。优点：各系统发生单相接地互不影响，可靠性高，接地故障判别容易、处理快，接地保护容易选择缺点：采用隔离变压器，造价较高；系统运行方式切换复杂适用范围：需要隔离的系统电容电流小于20A限值。五、单相接地电容电流的治理3、采用接地分流消弧消谐装置：原理：在发生单相电弧接地时，通过在接地相并联接地电阻，根据分流原理将接地点电流引流，将不可控的接地点变为实接地点，使故障接地点的电弧熄灭。同时利用过电压保护器限制接地相电压升高，起到熄弧作用。特点：动作时需要鉴相,动作速度滞后;系统单相接地电流值并未减小；在系统发生金属性接地、稳定电阻性接地时装置不动作，接地点电流没有改变。在系统发生弧光接地时，装置动作引流熄弧。五、单相接地电容电流的治理缺点：接地分流装置从严格意义上讲并非一种完善的治理方案。不符合《煤炭安全规程》457条的要求，系统单相接地电容电流并未限制在20A以内。不能降低人身触电危险性。仅在电弧接地时进行接地分流，起到熄弧作用，对金属性接地和稳定阻性接地不起作用。装置动作时，造成接地保护实现困难。会使非故障相电压无论在发生何种接地故障时都上升为线电压，对电缆绝缘构成威胁。不能有效降低电缆由单相接地发展为短路（放炮）的几率。接地分流装置鉴相错误时，容易造成事故扩大。五、单相接地电容电流的治理4、中性点经消弧线圈接地：原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生单相接地时用电感电流部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流将大减小。消弧线圈：消弧线圈是一个可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值改变可采用多种方法。消弧线圈补偿原理：发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。五、单相接地电容电流的治理序号中性点接地比较项目方式不接地经电阻接地经全补偿消弧线圈接地随调式预调式1单相接地电流大小大大接地初期大，补偿跟踪后小小2人身触电危险性大大减小（与补偿速度有关）减小3单相电弧接地过电压最高低较高，过电压概率小低，过电压概率小4单相接地保护实现易易难难5铁磁谐振过电压高低初期高跟踪后低低6保护接地安全性危险危险安全安全六、配电网中性点接地方式比较七、自动跟踪补偿消弧线圈1、自动跟踪补偿消弧线圈分类按调谐方法：预调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈预先自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以保证中性点位移电压不大于额定相电压的15％。随调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈处于欠补偿状态，在电网发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬间无法达到全补偿。按调节方法：有档调节：调节精度低，残流大，一般有调匝式、调容式。无级调节：调节精度高，残流小，一般有调感式、偏磁式。2、消弧线圈的补偿方式：固定欠补偿电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。固定全补偿消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。固定过补偿电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。固定过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适。自动跟踪补偿时刻跟踪电网电容电流变化，调节电感量，达到预设补偿量，一般设定为跟踪全补偿方式。自动跟踪补偿消弧线圈在目前电网中占据主要地位。七、自动跟踪补偿消弧线圈3、自动跟踪补偿消弧线圈作用：补偿电容电流，减少电缆放炮几率。用电感电流抵消接地点的电容电流，一般要求消弧线圈在全补偿时接地点无功残流<5A，可减少形成短路故障的几率。减小电缆损伤，提高电缆寿命。电网故障中，接地故障比率最大，在发生接地故障时，全补偿消弧线圈可使接地点损伤降低到最低，一些瞬间性接地故障可自恢复，提高了供电可靠性。减少形成电弧接地过电压的几率。当接地点残流较小时，接地点电弧容易熄灭，则形成间歇性接地的故障几率减小，可使接地形成过电压的几率降低，尤其采用预调节方式的消弧线圈，效果更为明显。可抑制铁磁谐振过电压产生几率。采用预调节方式的消弧线圈，带有阻尼电阻箱，在电网产生扰动使PT饱和时，可吸收谐振能量，使铁磁谐振几率降低，起到消谐作用。接地故障运行时减小人身触电概率。七、自动跟踪补偿消弧线圈4、自动跟踪补偿消弧线圈汇总消弧线圈是自动跟踪补偿装置的核心部件，按目前国内常用的消弧线圈调节电感电流的方法，主要有以下几种消弧线圈形式：调匝式调容式调感式偏磁式（直流助磁式）磁阀式七、自动跟踪补偿消弧线圈调匝式：利用有载开关调节消弧线圈上设置的若干分接头，实现电感量的有级调整。所需设备：接地变压器、抽头式消弧线圈、高压有载开关、阻尼电阻箱、壳体、控制柜。调节方式：有档调节、预调式。优点：容量大。缺点：有档调节、调节精度低、调节速度慢。七、自动跟踪补偿消弧线圈调匝式：七、自动跟踪补偿消弧线圈

调容式：采用改变消弧线圈二次侧低压电容电流的方法来调节消弧线圈的电感电流。

所需设备：三相五柱消弧线圈、多组电容器、阻尼电阻箱、控制柜、壳体。调节方式：有档调节、预调式。优点：调节范围大。缺点：有档调节、调节精度低、占用设备多、维护量大、故障扩大可能性大。七、自动跟踪补偿消弧线圈

调容式：七、自动跟踪补偿消弧线圈调感式：采用改变消弧线圈二次侧低压电感电流的方法来调节消弧线圈的电感电流。以实现电感的连续可调。

所需设备：三相五柱消弧线圈、电抗器、阻尼电阻箱、壳体。调节方式：无级调节、预调节。优点：连续无级可调、调节精度高。缺点：有固定补偿量，造成调节范围无法做到0-全范围。七、自动跟踪补偿消弧线圈调感式：七、自动跟踪补偿消弧线圈偏磁式：通过改变铁芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小来调节交流等值磁导以实现电感的连续可调。所需设备：接地变压器、可助磁消弧线圈、控制柜（含直流助磁回路）壳体。调节方式：无级调节、随调式。优点：连续无级可调。缺点：随调式、需外部直流电源、响应时间一般大于20ms、维护量大。七、自动跟踪补偿消弧线圈偏磁式：七、自动跟踪补偿消弧线圈磁阀式：利用自耦励磁技术控制铁心的饱和程度，实现对补偿电流的连续调节。

所需设备：接地变压器、磁阀式消弧线圈、控制柜壳体。调节方式：无级调节、随调式。优点：连续无级可调。缺点：随调式、响应时间一般大于20ms、调节原理复杂、易发生故障。七、自动跟踪补偿消弧线圈