三峡大学学报企业电网论文范文
所属栏目:电力论文
发布时间:2013-12-13 15:09:56 更新时间:2013-12-13 15:28:55
钢铁企业电网以110kV、35kV、10kV三个电压等级应用较为普遍,随着钢铁企业重组和兼并步伐的加快,其企业电网的规模不断扩大,而且采用电缆线路的用户日益增加,使得系统单相接地电容电流不断增加。电气设备设计规范中规定35kV电网如果单相接地电容电流大干10A,3~10kV电网如果接地电容电流大于30A,都需要采用中性点经消弧线圈接地方式,而《城市电网规划设计导则》规定“35kV、10kV城网,当电缆线路较长、系统电容电流较大时,也可以采用电阻方式”。
[摘要]文章结合钢铁企业电压等级和电网特点,对不同的中性点接地方式:中性点不接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地方式从可靠性、安全性、以及维护等方面进行了分析,提出了适用不同企业电网供电电压中性点接地方式的建议。
[关键词]中性点接地方式,电阻接地,消弧线圈接地
引言
在区域电网或企业电网的规划中,中性点的接地方式问题也常引起多方面的关注,世界各国也有不同的观点及运行经验,有必要作一比较分析。
1中性点经电阻接地方式
中性点经电阻接地方式分经小电阻和高电阻接地方式两种。
中性点经低电阻接地系统就是中性点通过一个小电阻接地,当发生单相接地故障时,无论故障是瞬时性的还是永久性的,均通过流过接地点的电流来启动零序保护使断路器跳闸,切断故障线路。世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式,原因是对弧光接地过电压的危害性认识充分,而采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制此种过电压,主要优缺点如下:
(1)当发生单相接地故障时,健全相电压不升高或升幅较小,对设备绝缘等级要求较低,其耐压水平可以按相电压来选择。
(2)当发生单相接地故障时,由于流过故障线路的电流较大,零序过流保护有较好的灵敏度,能可靠的动作切除接地线路。这种接地方式可以有效地防止非瞬时性单相接地故障发展成相间短路故障,提高零序保护的零敏度,快速切除故障线路,保证设备的安全、稳定运行,但同时,无论故障是永久性还是非永久性的,故障线路均跳闸,因此线路跳闸次数较多,一定程度上损害了用户供电的可靠性,供电的可靠性降低了。
(3)当发生单相接地故障时,由于接地故障电流大,在断路器跳闸之前,故障点和中性点附近会形成危险的接触电压和跨步电压,可能会对工作人员的人身安全构成威胁。
(4)由于接地点的电流较大,当零序保护动作不及时或拒动时,将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害,导致相间故障发生。
(5)大接地电流将对通讯、数据传输、导航等系统产生严重电磁干扰。
中性点经高电阻接地系统就是中性点通过一个高电阻接地,由于高电阻接地方式的接地电流被限制到很小,当发生接地故障时并不要求立即切除故障,保护装置只是检测故障并发出信号,允许继续运行l~2h,可保证供电的连续性和可靠性。电网中性点经高阻接地后对间歇性电弧接地过电压和串联谐振过电压有较大的抑制作用,从而有效地防止了异常过电压对电机、电缆绝缘的危害,保证了用电设备的安全运行。缺点是当接地故障电流较大时,持续的故障电流所引起的热效应,会使电缆在接地故障处的相间绝缘因过热燃毁而发展为相间短路。所以,当电网的电容电流较小时,可采用中性点经高电阻接地的方式。
2中性点不接地方式
中性点不接地系统结构简单、投资经济、运行方便。当系统正常运行时,三相的相电压是对称的,各相的对地电压均为相电压,三相的对地电容电流相等,分别超前相电压90。,三相的对地电容电流三相和为零。在发生单相接地故障时,由于接地电流很小,若是瞬时故障,一般能自动熄弧,非故障相电压升高不大,不会破坏系统的对称性,此时非故障相对地电压升高为原来的1.732倍,系统内设备或电缆绝缘等级相应提高,而相间电压对称性并未破坏,不影响该相用电设备的供电。当单相接地电容电流不大时,所引起的热效应为电网各元件的绝缘所能承受,根据运行规程,故允许电网带接地故障继续运行1~2h时间。从而获得排除故障时间,提高了供电的可靠性。
但这种带故障运行不能长此下去,以免在另一相又接地时形成两相接地短路,这将产生很大的短路电流,可能损坏线路和设备。因此这种中性点不接地系统中性点是绝缘的,电网对地电容中储存的能量没有释放通道,必须装设单相接地保护或绝缘监视装置,当系统发生单相接地故障时,发出报警信号或指示,以提醒运行值班人员及时采取措施,查找和消除接地故障。
根据具体工程,计算出电网单相接地电容电流,如对架空线构成的配电系统小于10A,对于电缆构成的配电系统小于30A,可采用不接地系统。以充分发挥经济、有效的优点。
3中性点直接接地
中性点直接接地方式,可以消除接地继电器不能准确动作以及电弧接地造成过电压的危险;同时由于在这种工作方式的系统内,电气设备绝缘要求较低,按相电压考虑,价格比较便宜,而且不需要另外的接地设备,总的投资比较低廉。尤其对于110KV及以上的系统,由于绝缘费用比较高,因此经济性更为显著。对于380V及以下的低压系统,还可以利用相电压作为照明电源,节省变压器及有色金属的消耗。
在直接接地系统中,由于短路电流很大,有些情况下,单相短路电流甚至还要超过三相短路电流,因此要选择开断容量较大的开关设备。当单相短路电流过大时,正序电压降低很多,以致使系统不稳定,而且对通信线路有强烈的干扰。
4中性点经消弧线圈接地方式
1917年首台消弧线圈在德国投运以来的运行经验表明,带消弧线圈的中性点接地方式广泛适用于中压电网,在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式,显著提高了中压电网的安全经济运行水平。
中性点经消弧线圈接地系统,即是将中性点通过一个消弧线圈接地。中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性点不接地系统单相接地时产生的电容电流,减少弧光过电压的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接地故障仍可以继续供电的突出优点,但也存在产生间歇性电弧而导致过电压的危险,当接地电流大于10A时,产生的电弧往往不能自熄,造成弧光接地过电压概率增大,不利于电网安全运行。而消弧线圈是一个具有铁心的可调电感,当电网发生接地故障时,接地电流通过消弧线圈时呈电感电流,对接地电容电流进行补偿,使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。而当电流过零而电弧熄火后,消弧线圈尚可减少故障相电压的恢复速度,从而减少了电弧重燃的可能,有利于单相接地故障的消除。此外,通过对消弧线圈分接开关的操作,使之能在一定范围内达到过补偿运行,从而有
效减小接地电流。这可使电网得以持续运行一段时间,相对地提高了供电可靠性。
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。
5.1110kV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。
5.23~66kV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。
5.3500V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。
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