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6KV电力系统接地方式的优缺点

时间:2017-09-24 07:34 来源:电工之家 作者:编辑部

6KV电力系统接地方式的优缺点
 1.引言
  电力系统中性点接地方式通常分为大电流接地和小电流接地,我国35KV及以下的中压供电系统一般为小电流接地,即采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式,此种中性点接地方式对配电网络供电可靠性带来巨大裨益。因单相接地是运行电网的主要故障形式,运行经验证明电力系统中的故障和事故至少有60%以上是单相接地,而小电流接地方式在单相接地故障时并不改变电源电网三相电压的对称性,接地电流一般也不大,在一定时间内能维持供电不中断,运行人员可借助接地指示装置来发现故障并设法找出故障所在及时处理,这就大大提高了供电可靠性。
  但近年来,随着工矿企业规模扩大,电网中电力电缆及设备大大增加,因而电网对地电容电流剧增,单相接地故障时的接地电弧不能自动消除,导致产生电弧接地过电压。这就对电网中大量的弱绝缘设备、旋转电机、电力电缆等构成严重威胁,许多电网都曾发生单相接地后间歇电弧过电压造成多重击穿或电缆电弧“爆炸”等停电事故。
  为克服此弊端,国内外电网又采取了电阻接地方式。由日本引进的6KV配电系统中性点高电阻接地方式便是其中一例。该系统经过多年的运行表明其接地方式及设备的选用是成功的。对其加以研究不仅可以进一步提高6KV供电系统的安全可靠性,还可以为城市及大型企业的6KV配电网络采用电阻接地方式提供有益的经验。
  2.单相接地电流的危害
  中性点不接地电网发生单相接地时,流过故障的电流Ijd是非故障相对地电容的电流,它等于正常时一相对地电容电流的三倍,该电流超过一定限值时,接地电弧不能自动熄灭。实验证明:在Ijd为数安至数百安范围内,都将产生电弧接地过电压,造成设备的损坏。这是因为接地电流每一次通过零点时,电弧都有一个暂时性熄灭,当恢复电压超过其恢复强度时又将再一次发生对地击穿,这时可能产生不稳定的电弧,导致形成熄弧与电弧重燃的不稳定状态。
  这种间歇性电弧现象引起了系统运行方式的瞬息改变,导致电磁能的强烈振荡和积聚,导致非故障相、系统中性点甚至故障相产生过渡过程的过电压。据有关文献介绍,国内外许多机构都曾对电网的过电压情况进行过千百次试验及测量,结论是在6-140KV电网中,当Ijd在1.1-740A时电弧接地过电压的最大值一般不超过3.1Uφ,极个别的可达3.5Uφ。通常这个数值的过电压不会使符合标准的良好电器设备绝缘发生损坏,但因这种过电压遍及全网,对网内装设的电动机、电缆等弱绝缘设备的安全是个威胁,运行经验证明大型电动机和电缆损坏事故由于绝缘击穿占较大比重。此外在发电机、电动机定子绕组中接地电流过大,会严重损坏定子铁芯,使得电机难以修复。因此在选择安排企业配电系统中性点接地方式时,要充分认识到接地电流的危害,并采取措施给予克服是重要的。
  3.消除单相接地电流危害的措施
  为消除单相接地电流的危害,当3-10KV电力网单相接地故障电流大于30A应装设消弧线圈。且装有消弧线圈的35KV及以下的电力网,故障点的残余电流不宜超过10A。对直接接于母线的发电机不计入消弧线圈的补偿作用,其定子绕组单相接地故障接地电流允许值为4A,超出此值保护应动作于信号或停机;对3-63KV中性点非直接接地电力网中的单相接地故障,当接地电流大于5A时,应有选择性保护,当小于5A时,可装设接地检测装置;单相接地电流为10A以上时,保护装置应动作于跳闸;小于10A时则应动作于跳闸或信号(继电保护设计规范)。此外火力发电厂厂用电设计技术规定,对高电阻接地系统规定如下:对厂用电动机回路,当单相接地电流在10A及以上时,保护瞬时动作于跳闸;对其它馈线回路则规定当单相接地电流小于15A时,保护动作于信号,15A及以上时,保护动作于跳闸。上述规定是以敞露导体部分形成的开放性电弧能够自动熄灭,电缆内形成的封闭性电弧不致烧穿相间绝缘发展为相间短路等作为条件,并考虑了电机铁芯损坏程度允许的极限接地电流。为此通常实际采用下列措施:
  (1)经消弧线圈接地方式
  经消弧线圈接地方式在我国6-35KV配电系统中广泛应用,其主要优点是在单相接地时,电弧电流因得到补偿变得很小,有利于熄弧,故障点的损伤被减少等。但也存在许多缺陷:
  ①接地电流随运行方式而改变,故障和非故障线路难以判断,保护动作可靠性差。
  ②规程规定的30A可不采取补偿措施,是建立在架空线路30A接地电流时能使电弧自熄的基础上,而对企业内部电缆网络而言,因电缆接地故障点绝缘恢复能力差,弧道介质难以自动熄弧,石化企业又多是防爆场所,因此接地电流10-30A如不采取措施是危险的。
  ③真空断路器配置氧化锌过电压吸收装置:无间隙氧化锌避雷器在系统中大量使用,单相接地时允许运行较长时间,避雷器长期在线电压下运行,如出现弧光接地过电压,氧化锌避雷器长时间处于恶劣的运行条件。此外消弧线圈可使恢复电压大为减缓,有利于接地�1�7�1�7流电弧的熄灭,但并不能减低电弧接地过电压的最大值,只是减少高幅值过电压出现的概率。应该指出,采用消弧线圈接地方式仍是个值得认真研讨的问题。
  (2)经电阻接地方式
  电力系统中性点经电阻接地,其系统零序等值网络为接地电阻与系统对地电容并联。显然取两个相同的阻抗就能保持储存于系统线对地电容能量充分的自放电。因此选择中性点接地电阻时,原则上应使其流过的电阻电流分量等于或大于系统电容电流,即单相接地充电电流,以减少电弧接地过电压的危险性;同时该电阻值应能使继电器可靠动作,使灵敏而有选择的接地保护得以实现;并能限制接地电流,减轻对接地设备的损坏;对邻近通讯网络不致感应出危险过电压。   接地电阻的低值、中值、高值的划分,各国有所不同。在我国电厂厂用电系统中,单相接地故障电流≤10-15A以下为高阻接地,在400-1500A称中阻接地。前者单相接地保护动作于信号,后者则动作于跳闸。日本则把接地电流≤300-400A的电阻接地方式称为高阻接地方式。在化肥厂引进装置电气设计中,日方则将高阻抗接地与低阻抗接地的分界点定为单相接地时的中性点电流IN=200A。本文取接地电阻值分为高阻与中阻二种,因为所谓低阻接地实际上已相当于系统改为大电流接地方式了。
  高电阻接地方式是按原则选择电阻值,使单相接地时流过系统中性点接地电阻Rn的电流等于或稍大于系统的电容电流。与高电阻接地相配合的接地保护通常是检测和报警。为限制单相接地故障电流对电动机和变压器铁芯造成的损坏程度,单相接地故障电流宜限制在10-15A以下,故这种接地方式适用于系统电容电流小于10A的电缆网络。
  中电阻接地方式是将接地故障电流限制在一个不致使设备损坏或事故扩大的范围,使与其配合的接地保护动作于跳闸。
  4.6KV系统中性点接地方式实例
  从日本进口的高压开关柜为日本富士6KV少油柜,系统采用6KV高阻接地方式。由于该系统存在一些缺陷,目前系统高压柜已更新,新的高压柜为厦门ABB6KV柜。下面对新老6KV系统的接地作一分析比较。
  改造前6KV系统中性点高电阻接地方式,系统接线如图1所示。
  根据系统图可知配电系统由05#发电机加合成655线、成氨654线双电源供电,6KV母线为单母线分III段。6KV网络高阻接地通过II段母线上的接地变压器GTR、发电机压变及每段母线压变GPT实现。接地变压器GTR参数:3φ、45KVA、50Hz、1min,其二次开口三角形线圈接限流电阻CLR:3.55Ω、112.7A、1min;压变GPT二次侧开口三角形绕组接限流电阻CLR为6.35Ω。单相接地时:每台压变GPT的接地电流(折算至一次侧)为:
  此时网络总电容电流设计值为IC=15A,其中系统6KV网络电容电流为7A,其余为8A。因此设备配置使单相接地时流过网络中性点等值接地电阻Rn的电流IR等于系统的充电电容电流。此时6KV网络等值接地电阻Rn可由网络零序等值电路图求得:
  一台GPT折算至一次侧中性点电阻:
  显然,系统为高电阻接地方式。由于实际稍大于(稍小于IC),该高电阻接地方式配置实际适用于电容电流IC�1�715A的系统。如按IR=15A、IC=15A计算,
  则单相接地电流:
  系统配电网络接地保护日方采用可靠的高灵敏接地方向继电器,并配以灵敏而有精确变比的零序CT(ZCT),故障时有200-300mA接地电流(发电机回路500mA),故障馈线保护就可以动作跳闸,因此即使考虑经较大的接地电阻单相接地,该保护装置仍具有足够的可靠系数。
  改造后的系统6KV系统中性点接地方式如图2所示。
  改造后虽然开关柜选用厦门6KVABB高压柜,但接地方式仍不变,接地变压器仍利用原日本设备。改造后装置电缆总长基本保持不变,电容电流值基本与改造前相等。从改造前的分析计算知晓,在系统中心点接地电阻设定的情况下,系统的电容电流(接地电流电阻分量)IC应小于或等于14.83A。由计算可知改造前6KV系统电容电流实际为17.954A,因此可以确信在变电所扩建之前,系统并未满足高阻接地方式要求的,即流过电阻的电流大于或等于系统的电容电流的条件,而实际存在着IR=14.83A,IC=17.954A的状况。这对限制弧光接地过电压、对设备绝缘是不利的。但这期间6KV线路中虽有单相接地故障发生,并未造成严重弧光接地过电压的损害。对比同时期其他6KV不接地系统多次发生弧光接过电压伤害的事实,足见电阻接地在限制异常过电压上的作用。由于厦门ABB高压柜采用微机综保,灵敏度优于接地方向继电器,并且将6KV网络分割运行,按运行方式规定,区域电网电容电流IC已满足高电阻的“匹配”要求。
  5.结束语
  选择中性点接地电阻涉及到过电压和绝缘配合、继电保护、设备配置以及通讯干扰等因素。国内对发电机直配线、高压电机馈线较多的电缆网络,通常当按高电阻接地方式计算出的单相接地故障电流大于15A时,改为中性点经中电阻接地方式,单相接地电流达400A以上,以确保故障回路保护装置可靠选择性跳闸。同时还要注意以下几点:
  (1)电弧接地过电压的最大值一般不超过3.1Uφ,最大为3.5Uφ。因此应做好设备的定期预防性试验和检修工作,保持电气设备绝缘良好,防患于未然。
  (2)对某些以高压电机负荷居多,并以电缆配线为主的电网中,当接地电流为10-30A时,应采取相应的补偿、限流措施。
  (3)消弧线圈补偿与电阻接地两种方法并存,各有发展。但以企业电缆网络较为庞大系统而言,宜取电阻接地方式。
  (4)选择中性点接电地阻应从过电压与绝缘配合,继电保护、通讯干扰、设备配套诸方面予以考虑,以电缆为主的企业电网取高电阻是可行的。
  参考文献
  [1]水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册[M].中国电力出版社,1998.
  [2]王政,等编.输配电线路施工手册[M].中国电力出版社,2004.
  作者简介:杨颖,女,工程师,现供职于浙江镇海石化建安工程有限公司,一直从事电气工作,对电气设备的运行、维护、检修及安装等方面工作经验丰富。