10kV电网中性点接地方式的分析

收稿日期 : 2005 08 25文章编号 : 1007 290X (2006) 01 0050 0310 kV电网中性点接地方式的分析王惠蔷 , 陈校华(广东电网公司 东莞供电局 , 广东 东莞 523008)摘 要 : 介绍了 10 kV 城市电网中性点经小电阻 接地方 式和经消 弧线圈 接地方 式的发 展状况 , 以 及两种 接地方式的适用范围 , 给出了电容电流 的估算方法 。 阐述了中 性点电 阻值 、 消弧 线圈补 偿容量 的选择方 法及零 序保护配置和整定要求 。 针对两种接地 方式的不同 , 指出了在母线接地系统并列运行时的不同之处 。关键词 : 10 kV 电网 ; 中性点接地方式 ; 电容电流 ; 接地电阻 ; 消弧线圈中图分类号 : TM 863 文献标识码 : BAnalysis of neutral point earthi ng manners of 10 kV pow er gridW ANG H u i qiang, CHEN X iao hua( Dongguan Power Supply B ureau, Guangdong PowerG rid Co rp. , Dongguan, Guangdong 523008, Ch ina)Abstrac t: T his paper introduces the development of neutral point earthing through sm all resistanceand through arc suppression coilin 10 kV urban power grid, describ ing the application scope of the tw o earth ing m ethods, and presenting the estim ation m ethod ofcapacitive curren.t It also elaborates on the selection of neutral point resistance value, the compensating capacity of arc suppressioncoil asw ell as the configuration and setting requirem ents of zero sequence protection. In v iew of the d istinc tness betw een the tw omethods, the d ifferences during parallel operation of bus grounding system s are compared.K ey word s: 10 kV power grid; neutral point earthing m ethod; capacitive curren;t earth resistance; arc suppression coil根据我国 城市电力网规划设计导则 规定 ,10 kV 城市电网中性点可采用不接地、经消弧线圈接地、 经电 阻 接 地 方 式运 行 , 同 时 还 规 定 ! 35kV, 10 kV 城网中以电缆为主的电网 , 必要时可采用中性点经小电 阻或中电阻接 地 ?。另外 , DL /T620# 1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 规定当电容电流 值超过以下限 值时中性点应采用消弧线圈接地 [ 1] : a) 对于由钢筋混凝土或金属杆塔的架 空线路构成的 10 kV 系统 , 电容电流10 A; b) 对于基本由电缆线路构成的 10 kV 系统 ,电容电流 30 A。过去 10 kV 电力系统的负荷密度低 , 电缆使用率低 , 电容电流较小 , 架空线路采 用木杆横担较多。木杆横担建弧率低 , 城市电网多采用中性点不接地方式。由于 10 kV 系统的网架结构较弱 , 考虑到设备的绝缘强度较高 , 在系统单相接地时 , 也不影响正常的供电 , 因此规程允许带故障运行 2 h,以保证用电的可靠。随着城市电网的发展 , 负荷密度越来越大 , 电缆使用率越来越高 , 电容电流越来越大 , 架空线路改为铁塔或水泥杆铁横担后 , 建弧率明显升高 , 由此而引起的弧光接地过电压、单相接地发展为相间接地故障的概率也随之增大 , 严重危害了设备的安全运行和系统的稳定。为了防止事故的发生 , 必须及时对新建及已建变电站的电容电流进行估算和测量 , 以便采取相应的措施来解决此问题。1 电容电流的估算一般地 , 按照 电力工程电气设计手册 第 1册 (电气一次 部分 ), 系统 的电容电 流 IC 的 估算如下 :a) 电缆线路电容电流估算{ IC 1 } A = 0 1{U r } kV . { l} km .式中 : I C 1 ### 电缆线路电容电流 , A;第 19卷 第 1期 广 东 电 力 V ol 19 No 12006年 1月 GUANGDONG ELECTR IC POW ER Jan 2006U r ### 系统最高运行线电压 , kV;l### 电缆线路总长度 (三相 ), km。b) 架空线路电容电流的估算{ IC 2 }A = 2 7 ? 10- 3 {U r } kV . {l} km.式中 : IC 2### 架空线路电容电流 , A;U r ### 系统最高运行线电压 , kV;l### 架空线路总长度 , km。c) 所有出线电容电流 IC % 的估算IC % = IC 1 + IC 2考虑变电站内的附加电容电流 , 取出线电容电流的 16% , 则系统总的电容电流 IC 为 :IC = 1 16IC %2 采用中性点经小电阻接地方式运行应注意的问题中性点经小电阻接地方式运行下 , 系统发生单相接地时 , 流过故障点的电流将变得很大 , 以保证继电保护装置在极短的时间内切除接地故障线路 ,避免事 故的扩大。目 前 , 随着城市 用地的日趋紧张 , 10 kV 出线大都采用电缆 , 由于电缆故障多为永久性故障 , 有的地方在一条电缆沟内同时并排敷设多回电缆 , 单相接 地故障很容易 发展成相间故障 , 导致事故的扩大 , 因此 , 一般情况下 , 以电缆出线为主的变电站应采用中性点接 小电阻方式运行。对于以架空线为主的 10 kV 电网 , 中性点接小电阻方式运行时会使系统的跳闸次数增加 , 尽管如此 , 由于目前城市电网多采用环网供电 , 跳闸次数的增加对运行可靠性的影响并不显著 , 同时在保护上采用自动重合闸对消除非永久性接地故障有一定的作用。此外中性点经电阻接地可以降低单相接地的弧光接地过电压 , 可以消除电压互感器谐振 , 对非全相运行情况下产生的谐振过电压有 一定的限制作用 , 从而使系统整体的过电压水平处于较低的水平(一般不超过 2 5 p u ), 可以选用低绝缘水平 (如工频耐压低至 28 kV )的电气设备运行 , 从而达到节省投资的目的。2 1 中性点电阻值的选择在中性点经小电阻接地装置中 , 中性点电阻值选择要考虑绝缘配合、中性点设备容量、通信干扰等多方面因素。其取值原则如下 : a) 限制间歇性弧光接地过电压 ; b) 限制单相接地电流以保证继电保护装置动作可靠 ; c) 限制通信干扰。中性点经电阻接地方式下 , 10 kV 电网发生单相接地短路时的零序回路等值电路如图 1所示。图 1 单相接地时中性点电阻接地下的等值电路图图 1 中 E如果一套接地装置因检修或试验需要退出运行时 , 在线路零序电流互感器和零序保护完好的情况下 , 允许两段母线共用一套接地装置。在这种情况下 , 需要校验小电阻及其配套设备的容量是否满足运行要求。3 采用对于中性点经消弧线圈接地方式运行应注意的问题中性点经消弧线圈接地方式下 , 由于消弧线圈的电感电流补偿了系统单相接地时接地点流过的电容电流 , 流过接地点的残余电流减小 , 从而促使电弧自动熄灭 , 令单相接地故障不至于发展到相间短路故障 , 保证了供电的可靠性 , 同时对通信设备也没有太大的影响。一般地 , 对于出线以架空线为主的变电站 , 为了限制弧光接地过电压和补偿系统的电容电流 , 当电容电流超过 10 A 时 , 中性点常采用消弧线圈接地装置。3 1 消弧线圈容量的选择消弧线圈容量主要根据电网的总电容电流来选择 , 应考虑 电网近几 年的发 展规划 , 一 般按下 式计算 :Q = KIC U r / 3式中 : Q ### 消弧线圈容量 , kVA;U r ### 系统额定线电压 , kV;IC ### 系统的电容电流的总和 , A;K ### 消弧线圈总容量的贮备系数。近年来 , 随着消弧线圈技术的不断发展 , 消弧线圈的种类和性能都有了较大的进步 , 如有载调匝式消弧线圈、调容式消弧线圈、高漏抗变压器式的无级调节消弧线圈等。对于不同结构的消弧线圈 ,对于式中的系数 K 的取值考虑的角度也不近相同。例如 , 对于有载调压式和调容式消弧线圈 , 由于其调节方式属于预调式 , 即系统发生单相接地故障前需预先调节消弧补偿装置到设定的补偿状态 , 因此一般在保证脱谐度的情况下要采用过补偿运行 , 此时的 K 值取 1 35; 而对于高漏抗变压器式的无级调节消弧线圈 , 由于它采用的是随调式调节方式 ,即系统发生单相接地故障前消弧线圈工作在远离补偿系统电容电流的状态 , 当检测到接地故障发生时装置迅速调节消弧线圈到设定的补偿状态 , 因此其K 值可以适当取得低一些。目前 10 kV 配电网变压器中性点均没有引出 ,为此需设置专用的接地变压器 , 其高压绕组为曲折形接法 , 目的是减小零序电抗 , 其中性点可接消弧线圈。一般情况下 , 与消弧线圈配套的接地变压器容量约为消弧线圈容量的 1 15倍。当接地变压器带副绕组时 , 还可作为变电站的站用变压器来使用。3 2 接地选线及其线路跳闸为提高 10 kV系统供电可靠性 , 减轻变电站值班、巡检、集控人员的工作 , 消弧线圈成套装置均提供有相应的接地选线装置。为了保证选线的准确性 , 在出线特别是电缆上安装零序电流互感器时 ,所有零序电流互感器安装极性必须严格一致 , 还应严格注意安装工艺 , 将电缆护层与电缆支架绝缘 ,以避免系统发生单相接地短路时 , 接地电流通过接地的电缆护层流经大地 , 使得这部分电流引入到零序电流互感器中 , 从而降低了故障线路接地保护的灵敏度。在确认接地选线基本正确的前提下 , 应逐步投入线路出口跳闸压板 , 并将装置跳闸接入保护跳闸回路。为了防止个别情况下 , 接地选线装置误判断而误切了非故障线路 , 建议设置重合闸 , 此时接地选线装置的线路出口跳闸时间需要与重合闸充电时间 ( 15 s)相配合 , 实际运行中线路出口跳闸的整定时间暂选为 10 s。3 3 消弧 线圈接 地方式 下的不 同母线 接地 系统并列正常情况下 , 当两段不同接地系统的 10 kV 母线并列时允许相邻两台消弧装置并列运行。但应注意当接地变压器兼作站用变压器时 , 接地变压器的补偿容量对站用电负荷的影响。如果一套接地装置需要检修或因试验需要退出运行时 , 允许采用两段或以上母线共用一套接地装置的形式。此时 , 首先应注意消弧装置补偿容量是否满足多段母线所需的电容电流最大补偿量 , 同时为保证消弧装置正常选线 , 应保留需退出运行的消弧装置的控制屏交、直流控制电源。(下转第 59页 )52 广 东 电 力 第 19卷图 3 给水泵 RB 改造功能图闭 , 主蒸汽压力偏差 大于 0 5 M Pa时 停止。该过程不断执行 , 直到机组负荷降至 RB 复位目标值。这样既保证了机组的快速减负荷能力 , 改善了原设计响应迟缓的问题 , 又不至于引起安全门起座。由于改进后给水泵 RB 控制过程中机组主蒸汽压力始终维持在较高水平 , 控制了锅炉蓄热的释放 , 相应减少了锅炉蒸发量 , 原给水泵 RB 控制过程中出现的严重汽包虚假水位现象也得到改善 , 避免了水泵RB 控制过程中汽包虚假水位引起汽包水位调节系统的错误响应 , 有助于给水泵 RB 控制过程中维持汽包水位在安全高度。2 2 调整给水泵 RB 复位目标负荷将给水泵 RB 复位 目标负荷 从 330 MW 减至280MW, 为给水泵 RB 工况控制过程的后阶段迅速提升锅炉汽包水位创造有利条件。3 机 组给水 泵 RB 控制 功能 改造 后效 果介绍给水泵 RB控制逻辑改造后 , 1999年 12月 , 1号机组 由 于 A 给 水 泵跳 闸 发生 了 给水 泵 RB 工况。当 RB发生时 , 汽轮机调节阀快速动作 , 迅速降低机组功率。 RB 控制过程中 , 主蒸汽压力始终控制在比给定值高 200~ 500 kPa的水平 , 汽包水位亦未有明显的虚假水位出现 , 虽有较大的下降 ,但一直维持在安全水位 , 整个 RB 过程各环节动作正常。4 结束语RB 控制是机 组的重要控制 功能 , RB 控 制成功率代表着机 组整体自动化水 平 , 有利于 机组安全、稳定、经济的运行。 RB 控制涉及到热力控制系统的许多方面 , 因此功能设计必须对热力系统的总体运行方式及控制方式进行深入研究。通过对沙角 C电厂机组 RB 功能的成功改造 , 我们认为 :a) 在 RB 工况下 , 不仅损 失机组负荷 , 而且还可能引起机组跳闸 , 因此必须严格控制机组 RB的触发条件 , 应加强各重要辅机保护测点的维护 ,力求 避 免 重 要辅 机 的 误 跳 闸 , 减 少 RB 工 况 的发生。b) 机组自动调节系统应定期开展扰动试验和参数优化工作。由于机组 RB 控制过程中工况变化剧烈 , 被控参数波动很大 , 这是对各自动调节系统的最恶劣扰动 , 因此各自动调节系统优良的调节性能是机组 RB成功的保证。c) 重要的辅机在选型时必须考虑辅机的备用容量 , 辅机备用容量不足将为机组 RB 控制带来很大困难。作者简介 : 宁立明 ( 1968# ), 男 , 江 西南 城人 , 热 工工 程师 , 工学学士 , 主要从事火电厂热工控制等方面的工作 。(上接第 52页 )鉴于设备可靠性的考虑 , 一般不建议 3台及以上消弧装置并列运行。4 结束语当前 , 中性点经小电阻接地方式和经消弧线圈接地方式在电网中发展迅速 , 在选择时应注意两种接地方式的适用范围。选择中性点电阻值 , 选择消弧线圈补偿容量 , 并和零序保护配合 , 以提高 10kV 电网的过电压防护水平。参考文献 :[ 1] DL /T 620# 1997, 交 流 电 气装 置 的 过 电 压保 护 和 绝 缘 配合[ S].[ 2] 李福寿 . 中性点非有效接地电网的运行 [M ]. 北京 : 水利电力出版社 , 1993作者简介 : 王惠蔷 ( 1972# ), 女 , 云南 昆明人 , 继电保 护工程师 ,工学学士 , 从事电力系统继电保护工作 。59第 1期 宁立明 : 沙角 C电厂 660MW 机组给水泵快速减负荷功能改造