【文章內(nèi)容簡介】 緣的，電網(wǎng)對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。在發(fā)生弧光接地時，對地電容的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓，其值可達(dá)到相電壓的數(shù)倍，乃至數(shù)十倍，對設(shè)備絕緣造成威脅。此外，由于電網(wǎng)中存在電容和電感元件，在一定條件下，因倒閘操作或故障，容易引發(fā)線性諧振或鐵磁諧振，這時線路較短的電網(wǎng)會激發(fā)高頻諧振，產(chǎn)生較高諧振過電壓，導(dǎo)致電壓互感器擊穿；配電網(wǎng)中存在較長線路時容易激發(fā)分頻鐵磁諧振，在分頻諧振時，電壓互感器呈較小阻抗，其通過電流將成倍增加，引起熔絲熔斷或電壓互感器過熱而損壞。為解決中性點(diǎn)不接地單相接地時引起的一些后果，早期曾采取過故障相自動接地的措施，但由于這一措施不能解決過電壓的問題，且無助于將故障線路選出，故不就被中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式所取代。[10] 中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行狀況分析簡單網(wǎng)絡(luò)圖如下圖21所示：圖21 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地示意圖不論是架空線路還是地下電纜，各相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與大地之間都存在著分布電容，如圖21（本文忽略了導(dǎo)線間電容）。一般來說，線路零序電容的大小與線路的長度、導(dǎo)線的半徑、幾何均距以及線路與地面的距離因素有關(guān)。在考慮線路充分換位的情況下，相間電容是相等的，并且三相的對地電容也是對稱的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)電位與地電位不等，中性點(diǎn)對地絕緣，必須存在對地電容，此電容很小，因此中性點(diǎn)對地阻抗很大，從而系統(tǒng)中任一點(diǎn)的零序阻抗都很大。對零序電流而言，線路或者其它元件的串聯(lián)阻抗，比以線路對地導(dǎo)納表示的并聯(lián)阻抗小得多。因此在小電流接地選線問題的研究中，忽略這些串聯(lián)阻抗，主要分析各相對地的電容電流組成的回路。如圖21所示的簡單網(wǎng)絡(luò)，在正常運(yùn)行時，忽略電源和線路壓降，三相各相對地電容C 相等。在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓90176。的電容電流注入地中。由于三相電壓對稱，無零序電壓；忽略三相負(fù)載不對稱產(chǎn)生的不平衡電流，三相電流之和等于零，無零序電流。即： =（++）=0 （） =（++）=0 （）在如圖21所示的小電流接地系統(tǒng)（中性點(diǎn)不接地）d點(diǎn)發(fā)生A相金屬性接地時，其向量圖如圖22所示，用、表示電源的各相電動勢。圖22 A相接地時向量圖各相對地電壓為 =0 （） ==e （） ==e （）可見，故障相電壓為零，非故障相對地電壓升高為原來的倍。因此，系統(tǒng)的零序電壓為 =（+ +）=（0 ++）= （）各相對地電容電流為 ==e （） ==e （） =(+)=3 （）用相電動勢的有效值，則、的有效值為 =3 （） == （）故障線路始端的零序電流為零，即 3=++=+（）=0 （）由此可見，對于單條線路，當(dāng)發(fā)生單相接地時，流過故障線路的零序電流為零，所以零序電流保護(hù)不起作用。 中性點(diǎn)不接地方式系統(tǒng)特點(diǎn)中性點(diǎn)不接地方式對于低壓配電網(wǎng)具有運(yùn)行維護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)，單相接地時允許帶故障運(yùn)行兩個小時，供電連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)35kV以下電網(wǎng)還采用該運(yùn)行方式，在該運(yùn)行方式下，接地電流為線路及設(shè)備的電容電流。但是，由于該方式對電網(wǎng)電容電流及負(fù)荷水平有嚴(yán)格的限制，超過一定數(shù)值后將引起電弧接地過電壓，故該方式已經(jīng)不再適合配電網(wǎng)的發(fā)展。中性點(diǎn)不接地方式的主要缺陷有：① 對電容電流有嚴(yán)格的要求，根據(jù)電力規(guī)程，對35kV及以下系統(tǒng)，規(guī)定當(dāng)3～10kV電網(wǎng)電容電流小于30A，20kV以上電網(wǎng)電容電流小于10A時，可采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。 ② 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)電位偏移，過電壓水平高，持續(xù)的時間長。而目前在我國隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中大量采用電流和各類封閉組合電器，甚至進(jìn)口設(shè)備，這些設(shè)備一般絕緣水平一般較低，且一旦被擊穿很難修復(fù)，因而不宜帶單相接地故障持續(xù)進(jìn)行。 ③ 單相接地時，避雷器長時間在工頻過電壓下運(yùn)行，易發(fā)生損壞，甚至爆炸。目前采用提高氧化鋅避雷器運(yùn)行電壓的方法，可以避免爆炸事故的發(fā)生，但這并不經(jīng)濟(jì)，因而這種接線方式不利于無間隙氧化鋅避雷器的推廣使用。 ④ 從保證人身安全的角度來說，不宜采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)來保證供電連續(xù)性。[11] 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式近年來我國城市配電網(wǎng)發(fā)展較快，電力電纜在城市配電網(wǎng)中大量使用，配電網(wǎng)的對地電容電流迅速增大，單相接地電弧難以自行熄滅。隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸，電容電流也愈益增大，以致完全有可能使接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅并引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)展成嚴(yán)重的系統(tǒng)性事故。采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，即在中性點(diǎn)和大地之間接入一個電感消弧線圈。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式通常稱為諧振接地方式，該接地方式將帶氣隙的感抗可調(diào)的電抗器接在系統(tǒng)中性點(diǎn)和地之間，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈的電感電流能夠基本補(bǔ)償電網(wǎng)的接地電容電流，使故障點(diǎn)的接地電流變?yōu)閿?shù)值顯著減小的殘余電流，殘余電流的接地電弧就容易熄滅。由于消弧線圈的作用，當(dāng)殘流過零熄弧后，降低了恢復(fù)電壓的初速度，延長了故障相電壓的恢復(fù)時間，并限制了恢復(fù)電壓的最大值，從而可以避免接地電弧的重燃，達(dá)到徹底熄弧的目的。因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的可靠性大大的高于中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)運(yùn)行方式。隨著工農(nóng)業(yè)、城市建設(shè)的迅速發(fā)展，大容量負(fù)荷中心的增多及城網(wǎng)建設(shè)電纜化，不但每個站得出現(xiàn)增多了，而且架空線路逐步為電纜所代替，單相接地電容電流相應(yīng)增大，因弧光不能自動熄滅而產(chǎn)生相間短路或因間歇性弧光引起的過電壓事故也增多，為提高供電可靠性，按有關(guān)規(guī)程規(guī)定，以架空線路為主的10kV系統(tǒng)電容電流超過10A以上者，必須改為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的補(bǔ)償方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式中，消弧線圈的運(yùn)行要求比較苛刻，如果補(bǔ)償過多或過少，使得接地殘流過大，則不易消弧，而剛好完全補(bǔ)償，則容易產(chǎn)生諧振過電壓，而且由于消弧線圈的補(bǔ)償，接地殘流過小，接地故障辨別、故障選線困難。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相故障時，由于接地點(diǎn)殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補(bǔ)償狀態(tài)，故障線路和健全線路流過的零序電流方向相同，故零序過電流、零序方向保護(hù)無法檢測出已接地的故障線路。因目前運(yùn)行在電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動調(diào)閘的結(jié)構(gòu)，必須在退出運(yùn)行時才能調(diào)整，也沒有在線實(shí)時檢測電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在退出運(yùn)行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時調(diào)節(jié)，所以不能很好地起到補(bǔ)償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自行熄滅及過電壓問題。不過，由于微機(jī)接地保護(hù)和微機(jī)選線裝置的出現(xiàn)，尤其是近年來，自動調(diào)節(jié)消弧裝置的出現(xiàn)，使得經(jīng)消弧線圈接地方式存在的這些問題有了很好的解決，它能夠在單相接地故障發(fā)生時，精確補(bǔ)償系統(tǒng)電容電流，有效熄滅接地點(diǎn)的電弧，使得單相接地故障不致發(fā)展為相間短路而引起線路跳閘，從而保證了設(shè)備安全和可靠供電?？梢?，中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)具有很高的運(yùn)行可靠性。 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式運(yùn)行狀況分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地的電流分布如圖23所示。圖23 諧振接地單相接地故障時電流分布假設(shè)某個時刻線路2發(fā)生了單相金屬性接地故障，A相某點(diǎn)接地，對地電容被短接，各電壓、電流的相量關(guān)系如圖24所示。 圖24單相接地故障電壓、電流相量圖其中，A相對地電壓變?yōu)榱悖枪收舷郆相和C相電壓分別變?yōu)橄鄬相的線電壓，幅值升高至倍，中性點(diǎn)電壓由零上升為。故障點(diǎn)零序電壓為： =(++)= （） 若忽略負(fù)載不對稱引起的不平衡電流及對地電容電流在線路及電源阻抗上的電壓降，則在整個系統(tǒng)中，A相對地電壓均為零，非故障相電壓幅值升高至倍，即對地電容電也隨之升高至倍。同時，消弧線圈的電感電流經(jīng)故障點(diǎn)沿故障線返回，因此故障點(diǎn)的電流增加一個電感分量的電流，對地電容電流與消弧線圈電感電流之和： ()其中為電網(wǎng)單相對地所有電容的總和，流過故障點(diǎn)的電流數(shù)值為正常運(yùn)行狀態(tài)下電網(wǎng)三相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，因此故障點(diǎn)電流將因增加了消弧線圈而減少。非故障線路始端的零序電流為： =(++)= (），容性無功功率方向?yàn)槟妇€流向出線。故障線路始端的零序電流為： ()即故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，其容性無功功率方向?qū)⒂啥咧g的大小關(guān)系決定。如果小于，電網(wǎng)處于欠補(bǔ)償狀態(tài)；等于，電網(wǎng)處于完全補(bǔ)償狀態(tài)；若大于，則電網(wǎng)處于過補(bǔ)償狀態(tài)。 從圖中可知，當(dāng)發(fā)生單相接地時，非故障線路電容電流的大小、方向與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣，但對故障線路來說，接地點(diǎn)增加了一個電感分量的電流。從接地點(diǎn)流回的總電流為： （）式中：為消弧線圈的補(bǔ)償電流，為全系統(tǒng)的對地電容電流。 由于和相位差為180176。，將隨消弧線圈的補(bǔ)償程度而變，因此，故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。[16] 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式系統(tǒng)特點(diǎn)1. 全補(bǔ)償時系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)分析當(dāng)全補(bǔ)償時，有=，接地點(diǎn)電流接近于零，故障線路零序電流等于線路本身的電容電流,方向由母線流向線路，零序功率方向與非故障相線路完全相同。此時有式子成立（其中是角頻率，為線路電容總和），這正是工頻串聯(lián)諧振的條件，如果由于系統(tǒng)三相對地電容不對稱，或者斷路器合閘三相接觸頭不同而使閉合時出現(xiàn)零序電壓，串聯(lián)于及之間，串聯(lián)諧振將導(dǎo)致電源中性點(diǎn)對地電壓升高及系統(tǒng)過電壓，這是很危險(xiǎn)的。2. 欠補(bǔ)償時系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)分析當(dāng)欠補(bǔ)償時，有,補(bǔ)償后接地點(diǎn)的電流仍是容性的。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時，例如某些線路因檢修被迫切除或因短路跳閘時，系統(tǒng)零序電容電流會減小，致使可能得到完全補(bǔ)償，所以欠補(bǔ)償方式一般不用。3. 過補(bǔ)償時系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)分析過補(bǔ)償時，有,補(bǔ)償后的接地電流是感性的，故障線路零序電流增大了，且方向與非故障線路相同，由母線流向線路，采用這種方式即使系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生改變，也不會發(fā)生串聯(lián)諧振。因此實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。4. 系統(tǒng)特點(diǎn)當(dāng)接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補(bǔ)償電容電流，保證接地電弧瞬時熄滅，以消除弧光間隙接地過電壓，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，在大多數(shù)情況下能迅速地消除單相的瞬間接地電弧，而不破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行。接地電弧一般不重燃，從而能把單相電弧接地過電壓限制到一個低的水平。很明顯，在很多單相瞬時接地故障的情況下，采用消弧線圈可以看作是提高供電可靠性的有力措施，目前隨著電網(wǎng)規(guī)模和負(fù)載越來越大，運(yùn)行方式經(jīng)常變化，消弧線圈也應(yīng)當(dāng)經(jīng)常作相應(yīng)的調(diào)整，以補(bǔ)償相應(yīng)的電容電流。因而出現(xiàn)了以實(shí)現(xiàn)消弧線圈調(diào)整自動化為目的的消弧線圈自動調(diào)諧裝置，這種裝置擴(kuò)大了消弧線圈在大電網(wǎng)、多運(yùn)行方式下地適應(yīng)能力。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的主要缺陷有：① 采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，不僅減小了線路的故障電流，而且故障線路的零序電流方向也發(fā)生了變化，給接地保護(hù)的正確選線提出了更高的要求。② 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式易發(fā)生諧振，且消弧線圈的補(bǔ)償容量不易隨電容電流的增加而增加。③ 消弧線圈的阻抗較大，既不能釋放線路上的殘余電荷，也不能降低過電壓的穩(wěn)態(tài)分量，因而對其它形式的操作過電壓不起作用。 兩種中性點(diǎn)接地方式的綜合比較比較項(xiàng)目不接地經(jīng)消弧線圈接地單相接地電流大小人生觸電的危險(xiǎn)性大減小單相電弧接地過電壓最高較高單相接地保護(hù)較難難對通信的感應(yīng)危害較小小鐵磁諧振過電壓高高操作過電壓最高高高壓串入低壓引起過電壓最高較高保護(hù)接地的安全性單相接地電流大時危險(xiǎn)安全表21 兩種中性點(diǎn)接地方式綜合比較 中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，即中性點(diǎn)與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優(yōu)越性。在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式中，一般選擇電阻的阻值較小，在系統(tǒng)單相接地時，控制流過接地點(diǎn)的電流來啟動零序保護(hù)動作，切除故障線路。中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，并可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，主要用于200MW以上大型發(fā)電機(jī)回路和某些6～10kV配電網(wǎng)。⑴ 運(yùn)行特點(diǎn) 由于中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地可以迅速判斷故障，對于90%以上是電纜線路的城市電網(wǎng)，需要采用此種接地方式。另外，在人口稠密地區(qū)，架空線一相導(dǎo)線落地會對人身安全造成極大的威脅，因而也應(yīng)考慮這種電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地在國內(nèi)部分電網(wǎng)已開始應(yīng)用，并取得了良好的效果。這種接地方式的優(yōu)越性具體表現(xiàn)為：① 有效地降低單相接地工頻過電壓和弧光過電壓水平，是消除電壓互感器鐵磁諧振過電壓的最有效的措施。只要（為線路對地電容總和）。對于不同的系統(tǒng)，對地電容不同，電阻取值不同。對無論是低阻還是高阻都能達(dá)到抑制電壓互感器諧振電壓和斷線諧振電壓的目的，當(dāng)然越小，過電壓水平