城市配电网中性点接地方式及选线

城市配电网中性点接地方式及选线On the Method and Wire Selection of Neutral Grounding forUrban Power Distribution Network陈昌鹏(大连电力勘察设计院 , 辽宁 大连 116011)摘要 : 在分析配电网中性点采用经小 ( 中 ) 电阻接地方式存在问题的基础上 , 论证了城市配电网中性点合理的运行方式仍为消弧线圈接地 。 对于消弧线圈接地系统 , 阐述了一种更合理单相接地选线方法 , 在中性点所有接地方式中 , 该方法可以用于整个配电网绝缘检测 。关键词 : 中性点 ; 零序导纳 ; 增量函数 ; 接地方式Abstract : Discussion are made on a reasonable operation method over neutral grounding for urban power distribution network on the basis ofanalyzing problems existing in the distribution neutral point via small (medium) resistance. As a result , it believes arch suppressioncoil is areasonable one. A wire selection method for single2phase grounding is expatiated concerning arch suppressioncoil grounding system. Amongall neutral grounding methods, this one can be used to all power distribution insulating detection.Keywords : Neutral grounding; Zero sequenceadmittance; increment function ; Grounding method[中图分类号 ] TM864 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1004 - 7913 (2005) 09 - 0004 - 02建国初期 , 我国电网结构薄弱 。 为了提高供电可靠性 , 我国 10 kV 配电网长期以来采用中性点非有效接地方式 (采用中性点不接地和经消弧线圈接地 ) 。 近年来 , 随着配电网发展 , 尤其是城市 , 逐渐形成以电缆线路为主的城市配电网 。 由于中性点经消弧线圈接地方式存在单相接地选线难的问题 ,电缆线路一旦发生接地 , 多为永久性故障 , 因此 ,我国部分沿海城市逐步推广采用中性点经小 (中 )电阻接地方式 。1 中性点经小 (中 ) 电阻接地方式存在的问题111 供电可靠性中性点不接地和经消弧线圈接地方式与中性点经小 (中 ) 电阻接地方式相比 , 其最大的优点在于系统发生单相接地故障时 , 如果是瞬时性故障 , 当系统电容电流或经消弧线圈补偿后残余电流小到自行熄弧程度 , 故障可自行消失 , 恢复绝缘 ; 如果是永久性故障 , 系统最长可运行 2 h , 以获得足够时间排除故障 , 保证向用户不间断供电 。 而中性点经小 (中 ) 电阻接地方式在发生单相接地故障时 , 无论故障是瞬时性还是永久性 , 系统必须快速切除故障线路 。 电力系统故障绝大多数仍为单相接地瞬时性故障 , 传统观点认为电缆线路接地故障多为永久性故障 , 而实际情况并非如此 。据统计 , 上海市35 kV 电缆网络在过去 20 多年运行中 , 瞬时性单相接地故障占电缆故障 7218 %; 上海石化总厂 10 kV电缆网络 , 根据 10 年运行统计 , 瞬时性单相接地故障占电缆故障 5618 %。资料已证明 , 交联聚乙烯电缆也可能发生瞬时性故障 。采用中性点经小 (中 ) 电阻接地方式不可能保证向用户不间断供电 。 虽然配电网络可以采用全容量备用原则 , 或者通过配电网自动化来提高供电可靠性 , 但是 , 毕竟还存在短暂中断供电 。 这对供电可靠性要求甚高的用户会造成损失 。 大连西太平洋石油化工企业 66 kV 变电所 , 6 kV 出口 (电缆线路 ) 保护由于和下一级保护无法配合 , 6 kV 出口保护不设 0 s 速断 , 保护最快动作时限 015 s。 为了不造成 015 s 间隔中断供电 , 6 kV 母线所有出口均要串接电抗器 , 以维持 6 kV 出口线路接地故障时母线残压 。 由此看来 , 015 s 间隔中断供电对某些用户来说 , 也是不允许的 。112 人身和设备安全通常认为中性点经小 (中 ) 电阻接地方式在发生单相接地故障时 , 保护能够瞬间跳开故障线路 ,对于金属性接地如此 , 但对于高阻接地 (通常接地电流在 100～ 1 000 A) 时 , 保护能够正确动作 , 迅速切除接地故障线路 , 当接地电流小于保护整定值4 东北电力技术 2005 年第 9 期时 , 故障线路有可能延时跳闸 , 甚至不跳闸 。 由此将对人身和设备产生安全问题 。例如 : 2004 年 8月 7 日 , 天津市 3 位农民抬铁架经过 10 kV 高压线下时 , 触电后均死亡 。 人体触电为高阻接地 , 保护延时跳闸将会对生命构成严重威胁 。 再如 , 某钢铁公司 35 kV 电缆网络改为低电阻接地运行 1 年半时间内 , 发生了 4 次单相接地故障 , 保护都不能动作切除故障线路 , 致使 4 台接地变压器烧损 。 发生单相接地故障如果保护不跳闸或延时跳闸 , 接触电压和跨步电压同时会威胁到接地点附近人员生命安全 。 中性点经消弧线圈接地方式因接地故障残流小 , 接触电压和跨步电压并不足以威胁接地点附近人员生命安全 , 而且伴随着微机接地选线装置技术进一步提高 , 消弧线圈接地方式接地故障运行时间必将大大缩短 。113 通信系统的干扰配电网络在正常情况和故障运行时 , 因静电耦合 、 电磁耦合会在邻近电信线路导线上感应产生电压和电流 , 当电信线路或电信局的接地与电力系统的接地相近时 , 因入地电流阻性耦合会在接地的电信线路产生电压 , 这些干扰均能构成对电信网络正常通信的影响 。 理论分析和实践证明 , 对电信网络正常通信干扰程度取决于电力系统配电网络单相接地短路电流大小 , 接地短路电流愈大 , 干扰程度愈严重 。 中性点经消弧线圈接地方式因接地故障残流小 , 一般不足以产生严重的通信干扰 , 而中性点经小 (中 ) 电阻接地方式因接地电流大 , 必须经过严格的计算确认 , 必要时尚需采取措施加以控制 。2 中性点经消弧线圈接地方式的前景目前 , 世界各国城市配电网中性点接地方式不尽相同 , 但总体趋势是采用消弧线圈接地方式 ; 即便采用小 (中 ) 电阻接地方式 , 也是在保证继电保护正确动作同时 , 尽可能降低单相接地故障电流 ,最终过渡到大电阻接地方式 。 20 世纪 60 年代 , 法国城市 20 kV 中压配电网普遍采用中性点经小电阻或小电抗接地方式 , 大城市中压电缆电网限制短路电流为 1 000 A , 其他中压电网限制短路电流为300 A ,80 年代后期 , 伴随着配电网的发展 , 以及供电性质和负荷特性的变化 , 法国城市 20 kV 中压配电网经试点并推广采用了中性点经阻抗接地方式 , 中压电网限制短路电流为 40 A , 其中提供一定量阻性电流用于零序有功单相接地选线保护 。 多年运行实践证明 , 这一运行方式不存在特殊问题 。综上所述 , 中性点经消弧线圈接地方式能够保证供电可靠性 , 最大限度降低人身和设备事故 , 对通信系统不构成严重干扰 , 其推广应用前景看好 。但是 , 消弧线圈接地方式有两大问题 : 消弧线圈补偿自动调谐技术尚要提高 ; 消弧线圈单相接地选线仍有困难 。 目前 , 消弧线圈补偿技术已日趋完善 ,由于采用了在线监测对地电容原理及其他相关技术 , 国内生产厂家生产的消弧线圈自动调谐装置 ,其补偿电容电流响应速度快 , 消弧线圈调节电流范围大 , 单相接地故障残流可限制在 5 A 以内 。困扰消弧线圈接地方式主要问题在于单相接地选线仍没有得到根本解决 。 伴随这一问题的解决 , 中性点经消弧线圈接地方式必将被广泛推广应用 。3 单相接地选线实用新方法目前 , 已开发出的单相接地选线装置 , 其选线方法可归纳为两大类 : 稳态选线法和暂态选线法 。稳态选线法主要有零序电流比较法 、 零序有功分量法 、 5 次谐波比较法 、残流增量法 、信号注入法 、负序电流法 ; 暂态选线法主要有首半波选线法 、 小波选线法 。 实践中基于上述方法开发的接地选线装置不能全部解决单相接地选线问题 , 尤其不能解决高阻接地和瞬间接地问题 。 上海交通大学利用增量函数选线法开发的单相接地选线装置为彻底解决单相接地选线难问题带来了希望 。 新方法原理是利用变电所配出线上发生单相接地故障后 , 母线上各馈线实测零序电流增量除以系统零序电压增量 , 进行除法运算 , 其结果值称零序导纳增量 , 对于非故障馈线 ,零序导纳增量是个恒量 ,对于故障馈线 ,零序导纳增量是个变量 。该原理在残流增量法基础上 ,综合考虑了系统零序电压波动引起的残流增量 ,由于采用增量法则 ,抵消了系统自然不平衡电流及测量误差 ,对故障线路的判别是准确 、 可靠的 。新方法实测过程 。 在发生单相接地后调节消弧线圈支路电感 (或电阻 ) , 利用其阻抗变化前 、后系统的零序电压 U0 、 U′ 0 , 各支路零序电流 I0 j 、I′ 0 j及发生接地故障前各支路自然不平衡电流 I bp0 j和系统零序电压 U0 nom , 构造一个零序号导纳增量函数 。 定义 J ( J = 1 , 2 … ) 支路零序导纳增量函数为Δ Y0 j = ( I′ 0 j - I bp0 j ) / ( U′ 0 - U 0 nom) - ( I0 j- Ibp0 j) / ( U0 - U 0 nom)将该增量函数修正为(下转第 24 页 )52005 年第 9 期 东北电力技术图 3 堵阀焊口热处理工艺曲线3 工艺效果经 100%外观 、 100 %超声波 、 100 %射线检查 ,焊口质量达到“ 规范”要求 ; 接头表面硬度合格 。4 结论再热热段管道、 堵阀焊口运行 2 年以来未出现任何问题 , 可见上述焊接工艺是合理的 。参考文献 :[1 ] 周振丰 , 张文钺合编 . 焊接冶金与金属焊接性 [ M]. 北京 :机械工业出版社 , 1987.作者简介 :靳永强 (1968— ) , 男 , 学士 , 工程师 , 现从事焊接技术管理及电站焊接质量控制的研究工作。(收稿日期 2005 - 07 - 10)(上接第 5 页 )( U0 - U0 nom) ?Δ Y0 j = ( I′ 0 j - Ibp0 j ) ? ( U0 -U0 nom) / ( U′ 0 - U0 nom) - ( I0 j - Ibp0 j )如果定义 ( U0 - U0 nom) ?Δ Y0 j为 Δ I 0 j , 那么零序导纳增量函数将变为零序电流增量函数 , 定义 J( J = 1 , 2 … ) 支路零序电流增量函数为Δ I0 j = ( I′ 0 j - I bp0 j) ? ( U0 - U0 nom) / ( U′ 0 -U0 nom) - ( I0 j - Ibp0j )对应于随动式补偿系统 , 单相接地故障发生后 , 非故障馈线增量函数为零 , 故障馈线增量函数相对为最大值 。 根据检测增量函数最大值 , 可以区分系统铁磁谐振和单相接地 。在中压配电网各种中性点接地方式中 , 高阻接地和瞬间接地是很难解决的问题 。 如果瞬间接地对于配电网绝缘没有造成任何破坏 , 其检测并没有实际意义 , 因此 , 只有彻底解决高阻接地问题才能最终解决单相接地选线问题 , 同时实现对整个配电网的绝缘监测 , 零序导纳增量法无疑会解决高阻接地问题 , 实现对整个配电网的绝缘监测 。参考文献 :[1 ] 要焕年 ,曹梅月 . 优化谐振接地技术前景趋好 [ C]. 中国电机工程学会高电压专业委员会 2004 年学术会议论文集 ,2004,11.[2 ] 篮毓俊主编 . 现代城市电网规划设计与建设改造 [ M]. 北京 : 中国电力出版社 , 2004 , 11.[3 ] 陈昌鹏 . 小电流接地选线及故障定位方法 [J ]. 东北电力技术 ,2004 ,6.[4 ] 蔡 旭 . 偏磁式消弧补偿与增量函数接地选线技术 [ C]. 中国电机工程学会全国电网接地方式与技术研讨会论文集 ,2005 , 5.作者简介 :陈昌鹏 (1965— ) , 男 , 学士 , 高级工程师 , 主要从事变电设计工作。(收稿日期 2005 - 06 - 02)(上接第 13 页 )件运行平台工控机为 windows98系统 ; 服务器为windows2000server系统 。b. 硬件现场工控机采用研华 IP610主机 ,PCL818L 采集控制卡 、 PCL813 采集卡 、 PCLD8115 接线板 、 PCLD885开关量驱动板 。 服务器采用是 IBM 服务器 。4 应用微机自动采样系统 2 年来运行稳定、 可靠 , 达到了预期效果 。 由于是自主开发 , 能结合现场实际情况及管理的实际需要 , 提高了系统的应用价值 ,降低了值班运行人员的劳动强度 , 同时为管理者提供有价值的生产参数和基础数据 。参考文献 :[1 ] 曹承志著 . 微型计算机控制新技术 [M]. 北京 : 机械工业出版社 , 2001.[2 ] Microsoft 公司著 . Visual Basic610 组件工具指南 [ M]. 北京 :北京希望电子出版社 , 1999.[3 ] 范逸之著 . Visual Basic610 与 RS232串行通讯控制 [ M]. 北京 : 中国青年出版社 , 2000.[4 ] 方 盈著 . SQL server2000 彻底研究 [ M]. 北京 : 中国铁道出版社 , 2001.作者简介 :卢永利 (1971 — ) , 男 , 学士 , 工程师 , 从事热工自动化工作。(收稿日期 2005 - 06 - 17)42 东北电力技术 2005 年第 9 期