虽然中性点经消弧线圈接地方式有供电可靠性高的突出优点,但也存在着以下不足:
(1)零序保护无法检出接地的故障线路。当系统发生接地时由于接地点残流很小,且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态,接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同,战零序过流、零序方向保护难以检测出已接地的故障线路。
(2)因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构,在线实时检测电网单相接地电容电流困难,有载调匝技术尚不成熟,故在运行中难以根据电网电容电流的变化及时进行调节,所以补偿作用没有得到充分发挥,仍出现弧光不能自灭及过电压问题。
(3)消弧线圈本身是感性元件,与对地电容构成谐振回路,在一定条件下能发生谐振过电压。中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率,还是不能彻底消除弧光接地过电压,也不能降低弧光接地过电压的幅值。中性点不接地系统发生单相接地故障时,如果接地电流较大,接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。实践证明,当接地电流大于30A时,一般形成稳定电弧,成为持续性电弧接地,这将烧毁线路和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5~10A,但小于30A,则有可能形成间歇性电弧,这是由于电网中电感和电容形成了谐振回路所致。间歇性电弧容易引起弧光接地过电压,从而危及整个电网的绝缘。如果接地电流在5A以下,当电流经过零值时,电弧就会自然熄灭。
5 中性点接地方式的选择原则
为了合理地选择中性点接地方式,对电网中的电容电流进行计算和测量是首当其冲的依据,一般地,电网单相接地电容电流有以下几部分构成:
(1)系统中所有电气连接的全部线路(电缆线路、架空线路)的电容电流;
(2)系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流;
(3)因变配电设备造成的电网电容电流的增值。
所以,系统中的电容电流可按下式计算:
∑Ic=(∑I0c1+∑Ic2)(1+k%)式中:∑Ic——电网上单相接地电容电流之和;
∑Ic1——线路和电缆单相接地电容电流之和;
∑Ic2——系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和;
k%——配电设备造成的电网电容电流的增值(一般地,10kV系统取16%,35kV系统取13%)。
在对电网上单相电容电流计算的基础上,为了准确选择和合理配置,也可对系统运行中单相电容电流进行实测,以对理论计算与实测结果进行对比。
在选择系统的中性点接地方式时,除了计算电容电流外,要从运行可靠性、操作方便、使用安全、投资经济等方面考虑,并要根据电压等级的不同要求分别对待。
5.1 110kV及以上系统
由于电压等级较高,设备投资所占的费用最大,设备费用主要根据绝缘决定,所以在选择中性点接地方式时,首先要考虑降低其绝缘的要求。对于中性点不接地的系统而言,因为要考虑到单相接地后的持续送电情况,所以设备的最大工作电压要按线电压考虑。而在中性点接地系统中,即使考虑单相接地故障时,另两相出现的工频电压有所提高,一般不高于相电压的1.32倍,即线电压的0.765倍,两者相差30%,于是在接地系统中,变压器等主设备的绝缘要求可降低30%,有效降低造价。
同时在中性点接地系统中,内部过电压也比较低,电器设备绝缘的工频试验电压可相应地降低。另外在这种系统中,线路一般比较长,接地电流中的有效电流过大,消弧线圈失掉消弧作用,所以不宜采用消弧线圈接地,而采用直接接地系统。
5.2 3~66kV系统
根据运行经验,该电压等级范围内的线路故障绝大部分是单相接地故障,消弧线圈一般都可将故障消除,即使在金属短路事故不能消除时,系统仍可在一定期间内继续送电。而中性点接地系统只能立即跳闸、中断送电;同时在中性点接地系统中,短路电流过大,断路器选择要求高,而且对于通讯的干扰也大一些,因此一般采用消弧线圈接地系统。但当系统接地电流小时,如3~10RV系统中,接地电流小于30A;20~66kV系统中,接地电流小于10A,由于电弧可以自行熄灭,不需装消弧线圈,因此可采用中性点不接地方式。
供配电系统采用中性点经低电阻的接地方式,虽能可靠的切除接地故障线路,但会带来供电可靠性降低、威胁人身及设备安全,干扰通讯系统等不良后果。因此可选择性地应用在供电可靠性要求不高,主要由电缆线路构成、单相接地故障电容电流较大的供配电系统中。根据接地故障电流大小,划分低电阻或高电阻接地。当接地故障电流大于或等于100A而小于或等于1000A时,为低电阻接地方式;接地故障电流小于10A时,为高电阻接地方式。
5.3 500V以下系统
在低压系统中,线路分布较广,电气设备又多,人接触的机会也比较频繁。因此在选择低压系统的接地工作制时,必须重点考虑运行安全可靠,并兼顾经济性。
从运行安全的观点来看,在380/220V交流和440/220V直流三线制系统中,中性点接地可以防止导线对地电压的严重不对称性,并可限制对地电压不超过250V,这个电压一般虽属于低压范畴,但当人触及载流导线时,同样容易发生危险。
从经济合理的观点来看,因为在低压线路中除了电力线路以外,还有照明线路,如果采用中性点接地系统,则照明及动力可采用共用线路,既节省线路投资,又节省照明专用变压器。而在中性点不接地系统中,需要绝缘监视装置,以保证线路绝缘良好,防止发生绝缘不良及双重接地事故,因而投资费用会增大。
6 结语
中性点接地方式的选择比较复杂,需根据供电可靠性要求、以及电网和线路结构、过电压与绝缘配合、继电保护要求、人身和设备安全、对通讯及电子设备的电磁干扰等进行技术分析,权衡利弊确定适当的接地方式。在供电可靠性要求不高,且单相接地故障电容电流较大时,可采用低电阻接地方式;在供电可靠性要求高,当单相接地故障电容电流小于10A时,可采用不接地方式或高电阻接地方式;智能化的消弧线圈接地方式适用性较广,可满足供电可靠性、运行安全、经济合理性的要求。