有关电网与发电机中性点的接地方式,详细介绍了非有效接地方式、有效接地方式、非常有效的接地方式,以及发电机的接地方式等,一起来了解下。
电网与发电机的中性点接地方式
一、非有效接地方式
1、不接地
在电网发展初期,系发电机直配线供电。当时人们对过电压、过电流和绝缘耐受能力等研究不足,因直接接地的内部过电压最低,且零序过电流保护又十分简单,故曾采用过直接接地方式。后因接地事故频繁和发电机烧毁等,便改为不接地方式。
这样,接地电弧可以瞬间熄灭,显著提高了运行可靠性。对于单相永久接地故障,因电网规模较小,清除故障并不困难。该方式简单经济,故目前仍有应用。
随着电压等级的升高和供电范围的扩大,当接地电容电流达到某一临界值(一般约10A)时,接地电弧熄灭困难,往往因间歇电弧接地过电压导致事故扩大。为解决这一问题,当时世界上工业较发达的德、美两国,分别采用了不同的解决途径,对中压电网接地方式的发展产生了深远的影响,而长期以来被人们认为两者互有优缺点。
2、谐振接地
德国于1917年首次采用消弧线圈,以电感电流补偿电容电流,使接地电弧瞬间熄灭,既不会中断供电,同时避免了通信干扰和铁路信号的误动作。而缺点是一旦发生永久接地,清除故障线路比较困难。
不过,在当代电子、微电子技术的支持下,国内外长期存在的这一技术难题已被攻克。
例如,中国的参数(残流)增量、零序基波时序鉴别和法国的零序导纳、反向有功电流等原理的微机接地保护装置,可以自动清除故障线路;与此同时又研制出了许多无级和分级调节的,调感式、调容式、插棒式以及包括补偿有功电流在内等自动补偿装置。这样谐振接地在国内外的中压电网中又有了新的发展[3]。
国内外的长期运行经验证明,对于绝大多数的瞬间电弧接地故障,用户并无感觉;而极少数的永久接地故障,因低值残流限制了故障点附近的地电位、接触电压和跨步电压升高,故不会威胁人身和设备的安全[1、2]。信息时代优点尤为明显。
根据对恢复电压初速度、恢复时间和残流大小等6方面的理论分析和电缆网络的运行经验,当电容电流不大于350A时,采用谐振接地不成问题[2]。由于正常情况下电网多为分区运行,故实际上没有限制。例如一个30kV电缆网络,当电容电流由2899 A增大至4000 A时,中性点仍采用谐振接地方式[1]。
3、低电阻接地
美国采用低电阻或低电抗接地增大了接地故障电流,与快速继电保护和开关装置相配合,可瞬间清除故障线路,总的问题相对简单是其一大优点。但必须储备备用容量,否则无法连续供电。因接地电流很大,导致故障点电位显著升高,威胁人身和设备安全。又因技术内涵无法与时俱进,所以适用场合难免受到限制。据悉,美国生产接地电阻的PGR公司,已转向高电阻接地方向发展,产品供给机场、码头和农场等小片区电网。
4、低电抗接地
低电抗与低电阻的作用相似,但费用较高未能推广。
5、中电阻接地
采用中值电阻后,虽接地故障电流较前减小,但仍须保证接地继电保护装置的灵敏度,所以问题依然得不到解决。
6、高电阻接地
因为在中性点增设了一个高值电阻,其技术经济指标尚不及不接地方式。如果电网继续发展,包括不接地方式在内,都将被谐振接地或低电阻接地方式所取代。
此外,任何组合接地都不能构成新的接地方式。例如消弧线圈与电阻并、串联,不论过去和现在,均是为了使接地保护装置动作而已。
二、有效接地方式
中性点有效接地方式的特点,是系统正常运行时其中部分主变压器的中性点可以不接地运行。(电工技术之家 www.dgjs123.com)而中性点直接接地的数量和位置的选定,除满足AIEE第32号标准的规定外,还必须与继电保护相配合,保证零序过电流保护装置的灵敏度,以便发生接地时能瞬间跳开故障线路。
220kV系统的中性点采用有效接地方式,国际上很久以来已无异议,它也适用于电压与之相近的系统。现就我国而论,它适用于220、110kV系统,有时也含330kV系统。
因110kV系统的中性点位于两类接地方式的交叉区,采用哪种接地方式比较合理,应视具体情况而定。如我国重庆和温州地区的110kV电网,在发展初期因雷电或台风引起线路频繁跳闸,中性点便由有效接地改为谐振接地;随着电网发展和220kV系统出现,条件变化后中性点又改为有效接地。北京西城区的一个110kV变电所,为防止通讯干扰,在改建时改用谐振接地。牡丹江的一条110kV线路,于20世纪60年代升压154kV时,中性点改为谐振接地,后来发展成了独立电网[2]。
三、非常有效接地方式
中性点非常有效接地又称全接地方式,广泛适用于500kV及以上的超高压和特高压系统。如我国的500kV系统和在建的750kV系统,及1000kV特高压试验示范工程等。
因接地系数甚低,故非故障相的工频电压升高和系统中的内部过电压均受到限制。这样便可降低绝缘水平,节省巨额基建投资。
根据电压、电流的互换特性,系统的单相短路电流可超过三相短路电流的1.5倍。为方便断路器的选择和提高系统稳定等,可令部分主变压器的中性点经小电阻或小电抗接地,接地方式的属性不变。
超高压、特高压系统的另一特点,是输电线路一般较长,有的可达、乃至超过1000km。为了限制线路空载时的末端工频电压升高,需要在线路上装设补偿度为60%~90%的并联补偿电抗器,并在其中性点接入一个适当的小电抗器。当线路发生单相接地故障时,自动跳开该相两端的断路器,使潜供电流电弧瞬间熄灭,配合单相自动重合闸装置,可显著提高系统的运行可靠性。
熄灭潜供电流电弧同样具有全、过、欠三种补偿方式,此即谐振接地在超、特高压系统的实际应用。故通常认为 “谐振接地方式只适用于中压电网”是不全面的,不过,这些系统是分散补偿,中压电网是集中补偿[2]。
应当指出,并联补偿电抗器除限制线路末端的工频电压升高外,当开断空载长线时,由于线路的自振频率与工频相近,因此可避免或减少断路器的重燃次数,显著降低跳闸时的过电压;当投入空载长线时,线路上的振荡电荷很快泄入大地,又能有效限制合闸时的过电压。所以除降低绝缘水平外,还可省去合闸并联电阻。
四、发电机接地方式
在研讨接地方式时,作为系统原动力的发电机、特别是大型发电机问题是不可忽缺的。其突出的特点是严格限制接地故障电流的破坏性,故现在世界上应用最多的为谐振接地或高电阻接地。对于中、小型发电机,因接地电容电流较小,一般可采用不接地方式。
关于发电机接地故障电流的允许值,德国、苏联、捷克和中国等先后进行了大量研究[2]。前两者均允许铁心有不同程度的烧损,故对大型发电机已不适用;后两者均以铁心叠片不烧损为条件,捷克未考虑额定电压影响,推荐的允许值为1~1.5A;中国建立了“安全接地电流”的新观念,其值分别等于:6kV及以下者为4A;10kV者为3A;13.8~15.75kV者为2A;18kV及以上者为1A。除列入我国DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》与GB14286—2006《继电保护和安全自动化装置技术规程》外,并被许多国家承认和接受。
发电机中性点经消弧线圈接地,因接地电流小于安全电流,电弧可以瞬间熄灭;一旦发生永久接地可带故障继续运行,也可用“自适应式微机接地保护装置”瞬间切机。利用该消弧线圈和电压谐振法,还能完成大型水轮发电机的工频耐压试验,顺利解决另一大技术难题。
AIEE在《同步发电机接地方式应用指南》中明确指出,消弧线圈具有三个优点,而采用高电阻接地方式,电流的允许值为5~15 A,目的是发生故障后自动切机,这在西方早已形成了“惯例”。因受进口发电机的影响,我国运行中的一些发电机改用该接地方式后,2006年便发生了两起大型发电机烧毁事故。