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电力百科:配电自动化之配电网中性点接地方式

时间:2022-04-12 13:35:56来源:

导语:​自1996年率先推出国内第一代功能完善的配电网自动化终端以来,已在浙江、福建、山东、四川、广东、上海、陕西等地的配电自动化工程中取得良好业绩;研发的利用故障暂态信息小电流接地故障选线产品,在千余厂站获得应用,选线成功率超过95%,为提高供电可靠性作出了应有贡献。

       我国经济持续快速发展对供电可靠性提出了更高要求,而智能电网的兴起更是极大助推了配电技术的发展,国家电网公司、南方电网公司先后在众多城市开展了配电自动化建设。作为主流设备供应商,山东科汇电力自动化有限公司始终坚持开展配电自动化研究与技术应用,取得了丰富的研究成果与工程经验。

  自1996年率先推出国内第一代功能完善的配电网自动化终端以来,已在浙江、福建、山东、四川、广东、上海、陕西等地的配电自动化工程中取得良好业绩;研发的利用故障暂态信息小电流接地故障选线产品,在千余厂站获得应用,选线成功率超过95%,为提高供电可靠性作出了应有贡献。近年来,随着配电自动化建设深入以及分布式电源接入,在配电网小电流接地故障检测与定位、短路故障检测与处理、继电保护以及IEC61850在配电网应用等方面,涌现出了一批新技术。科汇公司结合近年来最新认识、研究成果以及现场实际应用做此系列讲座,抛砖引玉,与广大配电工程技术人员共同致力于我国配电自动化技术的发展。

  本讲座分为5讲:①配电网中性点接地方式探讨;②小电流接地故障选线和定位技术;③分布式智能控制的故障处理技术;④配电网广域保护技术;⑤即插即用技术。

  配电网中性点接地方式,即配电网中性点与大地之间的电气连接方式,是配电网的一个基础问题,涉及到供电可靠性、过电压、继电保护等诸多技术经济问题,目前业界讨论较多,认识也不尽相同,各国配电网的接地方式也不同。本文主要介绍配电网中性点常用接地方式及其特点,在此基础上给出接地方式选择的建议。

  接地方式分类

  配电网中性点接地方式可分为有效接地和非有效接地两大类。

  有效接地方式又包括直接接地(中性点与大地直接连接)、经小电阻接地(经阻值较小的电阻与大地连接)、经电抗接地(经感抗值较小的电感与大地连接)3种具体方法。由于单相接地时故障电流较大,习惯上称为大电流接地方式。

  非有效接地包括中性点不接地(中性点对地悬空或无中性点)、谐振接地(经消弧线圈,即感抗值较大的电感线圈与大地连接)、高阻接地 (经阻值较大的电阻与大地连接)3种具体方法。由于单相接地时流过故障点的电流很小,又称为小电流接地方式。近年来出现的采用电力电子器件实现故障电流无功、有功以及谐波等全电气分量补偿的有源接地方式,也可归类到非有效接地方式,由于其有源电流发生装置属于柔性配电(DFACTS)设备,又可称为柔性接地方式。

  不同接地方式的特点

  直接接地系统中,单相接地时故障电流将超过三相短路电流的50%,巨大的短路电流会危害电气设备并干扰邻近通信线路,也容易产生接触电压和跨步电压危害人身安全,因此需要继电保护装置立即动作,切除故障线路。由于单相接地是配电网最主要的故障形式,这将频繁产生供电中断,影响供电可靠性。其优点是不产生过电压,且继电保护比较容易实现。

  经小电阻接地系统中,由于电阻的限流作用,单相接地故障电流相比于直接接地系统有明显下降,会减轻对配电网及设备的危害程度,但仍然需要立即切断故障线路,从而造成供电中断影响供电可靠性。同时,其过电压有所升高,但对配电设备不会造成危害。

  不接地系统中,单相接地时三相间的线电压基本保持不变,不影响对负荷的供电;又由于故障电流为系统对地分布电容电流,数值比较小,对设备、通信和人身的危害也较小,因此允许在接地情况下继续运行一段时间,运行人员可借此采取处理措施。事实上,如果接地电流不大,电弧会自行熄灭,形成“瞬时性”故障,系统恢复正常运行,达到“自愈”效果。单相接地不造成用户供电中断、供电可靠性高是不接地方式的主要优点。其不足之处是:接地电流较大时,会形成稳定的电弧接地或间歇性电弧接地,产生最大可达3.2倍相电压的弧光接地过电压,危害线路和设备绝缘安全并可能引发相间短路故障,造成线路跳闸停电;单相接地故障电流小,继电保护(故障选线、定位等)困难。

  谐振接地系统中,单相接地时,故障点电流是系统对地电容电流与消弧线圈电感电流之和。调整消弧线圈,可使故障点电流趋于最小,电弧更易熄灭;熄弧后可以限制故障相电压恢复速度,减小电弧重燃概率,促进故障自消除和系统恢复正常运行。根据补偿电感电流分别等于、小于和大于系统对地电容电流,消弧线圈可分为全补偿、欠补偿和过补偿三个状态。单纯从补偿效果来看全补偿方式最好,但消弧线圈与系统对地电容易产生串联谐振;欠补偿方式在切除部分线路后容易形成全补偿;因此,一般采用适度过补偿状态。

  早期消弧线圈调整采用人工方式,难以及时、准确地跟踪系统电容电流的变化,现在一般采用自动跟踪补偿技术,极大提高了消弧线圈的补偿效果。

必威体育精装版app官网  有源接地方式,可以最大限度减少故障点电流(趋于0),使故障电弧更容易自熄灭,最大限度避免电弧重燃,促使更多接地故障自恢复。通过避免间歇性接地的发生,也减少了弧光过电压的危害。

  配电网中性点接地方式的选择

  这是一个技术问题,也是一个经济问题,要考虑配电网运行情况、供电可靠性要求以及故障时的过电压、人身安全、通信干扰、继电保护、设备投资等,是一个系统工程。

  非有效接地方式的过电压危害、继电保护困难、运行管理复杂等,对供电企业而言都是不利因素,如果仅从自身利益出发,有理由选择有效接地方式。但从提高供电可靠性、减少人身危害等角度出发,非有效接地方式又具有更大的优势。对于非有效接地方式,选用不接地还是谐振接地,则应着重考虑故障电弧的熄弧率。根据我国相关标准,在电缆和架空线路混合网络中接地电流超过10安培以及纯电缆网络接地电流超过20安培时,应采用谐振接地方式。

必威体育精装版app官网  目前,美国、英国、新加坡等国和我国香港的配电网中性点一般采用有效接地方式,德国、法国等欧洲国家以及日本、俄罗斯等国的配电网中性点一般采用非有效接地方式。

必威体育精装版app官网  我国绝大多数配电网采用非有效接地方式,一些沿海城市和特大型城市中心区域的部分配电电缆网络采用了小电阻接地方式。

  配电电缆网络采用小电阻接地方式,通常基于两方面考虑:①电容电流大,消弧线圈补偿效果不佳;②故障都是永久性的,难以自恢复。事实上,目前的消弧线圈自动补偿技术完全能够满足电缆网络的需求,在德国,电容电流达数百安培的电缆网络仍然采用谐振接地方式。统计表明,电缆网络中相当一部分故障是发生在电缆接头或本体以外 (如用户变压器)的瞬时性故障;实际故障表明电缆本体接地也可能自熄弧。因此,电缆网络采用谐振接地方式,也可避免不必要的供电中断,或者说可维持一段时间的正常供电。

  近年,谐振接地方式受到了各国供电公司的重视。社会经济的发展对供电可靠性提出了更高要求,采用谐振接地方式可尽量减小单相接地引起的供电中断;消弧线圈自动调谐、小电流接地故障保护 (如利用暂态信号的选线)等技术的成熟,也起到重要的推动作用。传统上采用有效接地方式的英国,已有部分配电网改为谐振接地方式。

  有源接地技术目前处于研究和少量运行阶段,由于可极大提高单相接地的自愈水平,是智能配电网中一种重要的故障自愈技术措施,代表了配电网中性点接地 (特别是非有效接地)方式的发展方向。

  对于智能配电网,当主网采用有效接地方式时,分布式电源(接入变压器)的接地方式将面临两难境地。如果其也采用直接接地或小电阻接地方式,则显著增大并网状态下单相接地故障电流;如果其采用不接地方式,在并网时系统为有效接地方式,脱网后孤网内为非有效接地方式,系统需要满足特性完全不同的2种接地方式的需要。当主网采用非有效接地方式时,问题要相对简单,分布式电源可采用不接地方式,无论在并网还是脱网状态下,接地方式都不会发生根本性改变。

  因此,从技术层面上讲,含分布式电源配电网的中性点应采用非有效接地方式,特别是采用有源接地技术,不仅可以使主网和孤网保持同类接地方式,还可充分实现接地故障自愈,最大限度提高供电可靠性。

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