中性點(diǎn)接地是一個(gè)涉及電力系統(tǒng)各個(gè)方面的綜合性問(wèn)題,它對(duì)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行有著重大的影響,確定電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式,必須考慮:①供電安全可靠性和連續(xù)性;②配電網(wǎng)和線(xiàn)路結(jié)構(gòu);③過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合;④繼電保護(hù)構(gòu)成和跳閘方式;⑤設(shè)備安全和人身保安;⑥對(duì)通信和電子設(shè)備的電磁干擾;⑦對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定影響等諸多因素。

我國(guó)目前采用的中性點(diǎn)接地方式有:中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地及經(jīng)小電阻接地等三種方式。

三種中性點(diǎn)接地方式的評(píng)價(jià):

(一) 中性點(diǎn)不接地

中性點(diǎn)不接地方式的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單,不需任何附加設(shè)備,投資省,運(yùn)行方便,特別適用于以架空線(xiàn)為主的電容電流比較小的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的輻射形配電網(wǎng)。在發(fā)生單相接地故障時(shí),流過(guò)故障點(diǎn)的電流僅為電網(wǎng)的對(duì)地電容電流。由于電流較小,一般能自動(dòng)息弧。又由于中性點(diǎn)絕緣在單相接地時(shí)并不破壞系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性,可帶故障連續(xù)供電2小時(shí),相對(duì)提高了供電的可靠性。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)最根本的弱點(diǎn)就是其中性點(diǎn)是絕緣的,電網(wǎng)對(duì)地電容中儲(chǔ)存的能量沒(méi)有釋放通道,在發(fā)生弧光接地時(shí),電弧反復(fù)熄滅與重燃的過(guò)程,也是反復(fù)向電網(wǎng)電容充電的過(guò)程。由于電容中能量不能釋放,每個(gè)循環(huán)使電容電壓升高一個(gè)階梯,所以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在弧光接地過(guò)電壓中達(dá)很高的倍數(shù),對(duì)系統(tǒng)設(shè)備絕緣危害很大。同時(shí)系統(tǒng)存在電容和電感元件,在一定的條件下,由于倒閘操作或故障,很容易引發(fā)線(xiàn)性諧振或鐵磁諧振。一般說(shuō),對(duì)于饋線(xiàn)較短的電網(wǎng)會(huì)激發(fā)起高頻諧振,引起較高的諧振電壓,特別容易引起電壓互感器絕緣擊穿,而對(duì)于饋線(xiàn)較長(zhǎng)的電網(wǎng)卻容易激發(fā)起分頻鐵磁諧振,在分頻諧振時(shí),電壓互感器呈較小阻抗,通過(guò)電壓互感器的電流成倍增加,引起熔絲熔斷或使電壓互感器過(guò)熱燒毀。

(二) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地

當(dāng)電網(wǎng)單相接地電流比較大的時(shí)候,如果中性點(diǎn)不接地,發(fā)生接地故障時(shí),產(chǎn)生的電弧往往不能自熄,造成弧光接地過(guò)電壓的概率增大,不利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式,是在中性點(diǎn)和地之間接一電感線(xiàn)圈,系統(tǒng)單相接地故障時(shí),利用消弧線(xiàn)圈的電感電流對(duì)系統(tǒng)的對(duì)地電容電流的補(bǔ)償作用,使通過(guò)故障點(diǎn)的故障電流減小到能夠自行熄弧的范圍。一般采用過(guò)補(bǔ)償,使發(fā)生單相接地故障時(shí)和中性點(diǎn)不接地一樣可持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,提高供電可靠性。

缺點(diǎn):

(1)單相接地故障時(shí),健全相的對(duì)地電壓同樣升高3倍。

(2)由于消弧線(xiàn)圈本身就是一個(gè)感性諧振元件,與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路,在一定條件下,可能發(fā)生系統(tǒng)諧振,危及設(shè)備安全運(yùn)行。

(3)在補(bǔ)償度偏差較大時(shí)可能產(chǎn)生倍數(shù)很高的弧光接地過(guò)電壓。

(4)脫諧度需要嚴(yán)格地控制,頻繁地調(diào)節(jié)。脫諧度過(guò)小時(shí),會(huì)使系統(tǒng)中性點(diǎn)電位偏移過(guò)大,脫諧度過(guò)大又不能抑制系統(tǒng)過(guò)電壓水平,當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式改變時(shí),其控制操作麻煩,需要很熟練運(yùn)行維護(hù)技術(shù)。

(5)補(bǔ)償容易受到限制,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展快,系統(tǒng)對(duì)地電容超過(guò)消弧線(xiàn)圈容量時(shí)必須更換消弧線(xiàn)圈。

(6)對(duì)于單相接地電容電流很大的系統(tǒng),消弧線(xiàn)圈的容量必須很大,不經(jīng)濟(jì)。

(7)發(fā)生觸電事故而引起單相接地時(shí),因電源側(cè)開(kāi)關(guān)不跳閘,使傷亡事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

(8)由于單相接地電流得到補(bǔ)償而變小,實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)比較困難。

(三)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地,就是在中性點(diǎn)接入一小阻值電阻。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路。由于電阻是耗能元件,也是電容電荷的釋放元件,同時(shí)還是系統(tǒng)諧振的阻壓元件,所以中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)將弧光接地過(guò)電壓限制到較低水平。

(2)從根本上抑制系統(tǒng)諧振過(guò)電壓。

(3)限制系統(tǒng)中性點(diǎn)電位偏移。

(4)可簡(jiǎn)化繼電保護(hù),方便檢測(cè)接地故障線(xiàn)路,隔離故障點(diǎn)。

(5)有利于降低系統(tǒng)設(shè)備的絕緣水平,節(jié)省投資,提高經(jīng)濟(jì)效益

(6)可以在系統(tǒng)中使用無(wú)間隙氧化鋅避雷器,從而降低雷電過(guò)電壓幅值,提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命。

(7)電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活,不受電網(wǎng)運(yùn)行方式改變而變化的電容電流影響,從而提高電網(wǎng)的供電可靠性。

(8)能快速切除故障,避免發(fā)生人身安全事故和設(shè)備安全,具有明顯的安全性。

通過(guò)上述三種中性點(diǎn)接地方式的比較得出:10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地或消弧線(xiàn)圈接地方式,其最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),若是瞬時(shí)故障,將及時(shí)得到恢復(fù),若是永久性故障,由于容性電流小或受到消弧線(xiàn)圈的感性電流補(bǔ)償,將極大地降低流過(guò)故障點(diǎn)電流,熄滅故障點(diǎn)電弧,同時(shí)可允許帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí),以獲得足夠時(shí)間排除故障,保證對(duì)用戶(hù)的供電。

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的10kV配電網(wǎng)及以架空供電為主的廣大農(nóng)村10kV電網(wǎng)中仍可采用的中性點(diǎn)不接地或消弧線(xiàn)圈接地方式。但對(duì)于現(xiàn)代化的城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū),其用電量是非常大的。這種大容量的10kV配電網(wǎng),不再是過(guò)去的單電源的輻射系統(tǒng)或樹(shù)形系統(tǒng)供電,而是網(wǎng)孔網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電。對(duì)用戶(hù)供電可靠率也不再是靠帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí)來(lái)保證,而是靠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度控制來(lái)保證。

另外,在現(xiàn)代化城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的10kV電網(wǎng)規(guī)劃和改造中應(yīng)以電纜供電為主,架空供電為輔是必然趨勢(shì),所以10kV電網(wǎng)單相接地電容線(xiàn)流值很大,尤其在電纜為主電網(wǎng)中,電網(wǎng)發(fā)生的接地故障過(guò)程往往是先產(chǎn)生間隙性電弧然后發(fā)生永久性接地。間隙性電弧所造成的高頻熄弧過(guò)電壓值可達(dá)到6~8倍相電壓,不僅幅值高而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)現(xiàn)有過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備也將構(gòu)成威脅,從而對(duì)設(shè)備造成危害。永久性故障時(shí),是不允許繼續(xù)運(yùn)行,必須迅速切斷電源,避免擴(kuò)大事故。因此在現(xiàn)代化城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的10kV配電網(wǎng)適合采用中性點(diǎn)徑小電阻接地方式。

以東莞市為例,東莞位于廣東省中南部,處于廣州——深圳的經(jīng)濟(jì)走廊中間,得天獨(dú)厚的地理環(huán)境,便利的交通,使得東莞自改革開(kāi)放以來(lái),便成為外資的投資熱土。生產(chǎn)力的發(fā)展帶動(dòng)了電力事業(yè)的高速發(fā)展,到目前止,東莞的主干電網(wǎng)已擁有110kV以上變電站近70座,變電工區(qū)8800兆伏安。2000年?yáng)|莞電網(wǎng)最高負(fù)荷為308萬(wàn)千瓦,全年供電量為170多億千瓦時(shí)。

改革開(kāi)放前,東莞城鄉(xiāng)10kV配電網(wǎng)是以架空線(xiàn)路為主的單電源輻射或樹(shù)形系統(tǒng)。其中性點(diǎn)大都采用不接地運(yùn)行方式,提高了供電的可靠性,長(zhǎng)期以來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明,此方式是十分適宜的。

改革開(kāi)放后,情況有很大的變化,其表現(xiàn)為:

1、用電負(fù)荷逐年遞增

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生很大變化

為提高供電的可靠性以及國(guó)家近年來(lái)對(duì)農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)的建設(shè)與改造的要求,東莞10kV配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和改造為環(huán)網(wǎng)式結(jié)線(xiàn)系統(tǒng)。

3、由于現(xiàn)代化城市市容(如:主要街道不允許架設(shè)架空線(xiàn))和各種技術(shù)條件限制(如:當(dāng)一個(gè)供電區(qū)內(nèi)負(fù)荷密度達(dá)到一定程度時(shí),架空送電線(xiàn)的供電負(fù)荷能力將受到限制)。以及可用土地資源的日漸減少等原因,供電的饋線(xiàn)大都采用電纜供電。

4、舊變電站10kV架空出線(xiàn)改為電纜出線(xiàn),新變電站為減少占地面積。10kV架線(xiàn)采用電纜出線(xiàn)。

隨著電力負(fù)荷的不斷增長(zhǎng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不斷變化,地下電纜迅猛增加,使系統(tǒng)的電容電流數(shù)值大幅增漲,這時(shí)配電網(wǎng)繼續(xù)采用中性點(diǎn)不接地方式是不適宜的,若改為采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式,消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償存在很大困難,不能滿(mǎn)足今后電力發(fā)展的需要。由此可見(jiàn),象東莞這樣的現(xiàn)代化城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的10kV配電網(wǎng)采用小電阻接地方式最適宜。