10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式初探

周日龙 叶志申

摘要: 10kV 配电网中性点通常可分为不接地系统、经电阻接地系统和经消弧线圈接地系统。本文主要介绍10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式的构成、保护方式和计量方式。

关键词: 10kv 配电网中性点接地方式小电阻接地

1引言

10kV 配电网中性点通常可分为不接地系统、经电阻接地系统和经消弧线圈接地系统。由于选择接地方式是一个涉及线路和设备的绝缘水平、通讯干扰、继电保护和供电网络安全可靠等因素的综合性问题, 所以我国配电网和大型工矿企业的供电系统做法各异。以前, 10kV 架空电力线路大都采用中性点不接地和经消弧线圈接地的运行方式。近年来随着10kV 系统规模的扩大和电缆应用的普及, 一些城市电网大力推广电阻接地的运行方式, 使得10kv 系统的中性点接地方式、中性点选择、计量方式、继电保护配置与10kV绝缘系统有了很大区别。

2配电网中性点接地方式运用现状

一般架空线路的小电网, 网络电容电流小, 可选用中性点不接地系统。架空线路的大电网, 网络电容电流较大, 可选用中性点经消弧线圈接地系统。城市电缆配电网, 网络结构较好, 可选用中性点经中值或低值电阻器接地系统。若要求补偿网络电容电流限制接地故障

入地电流, 还可选用中性点经中值电阻器与消弧线圈并联的接地方式。

3中性点经电阻接地方式定义及阻值选择

( 1) 定义: 电力系统中性点通过一电阻接地, 其单相接地时的电阻电流被限制到等于或略大于系统总电容充电电流值。 此种接线方式属于中性点有效接地系统,即大电流接地系统。和消弧线圈接地方式相比, 改变了接地电流相位, 加速泄放回路中的残余负荷, 促使接地电弧自熄, 降低弧光过电压, 同时提供足够的零序电流和零序电压, 加速切除故障线路。

( 2) 中性点电阻值的选择

根据有关文献资料, 从降低内部过电压考虑, 根据计算机模拟计算, 选择原则为RN ≦1/ ( 3C) 。这样选有几个好处: 一是RN 是发生单相接地故障时, 系统对单相接地故障电流出现的最大值; 二是非故障相的最大工频谐振电压≦2. 8U相; 三是能满足零序保护的灵敏度要求。

4建立系統中性点的方式

最简单的方式是利用电源变压器星形绕组的中性点来连接中性点电阻器, 但实际上, 大多数配电网电源变压器是y / d 型, 二次侧采用的是△连接, 必须采用专用接地变压器才能获得中性点。对于这一类变压器中性点接地的常见连接方式是: 1) 直接接入y / d 专用接

地变压器, 如图1所示, 该接地变压器采用一台y/ d 接线零序阻抗较小的三柱芯式变压器, 其一次星形绕组中性点直接连接中性点电阻器, 二次接成三角形绕组,可以减小单相接地故障时变压器中的零序压降。2) 直接接入三相曲折形接地变压器, 这也就是常说的“Z”形变压器, 它由6 个相同的绕组连成三相曲折形。

该变压器采用Z 型接线, 与普通变压器的区别是每相线圈分别绕在两个磁柱上, 这样连接的好处是零序磁通可沿磁柱流通, 而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通, 所以Z 型接地变压器的零序阻抗很小, 而普通变压器要大得多。

5单相接地故障电流分布特点比较

以下分析中, 设每条线路三相对地电容相等, 分别以集中参数C1、C2、C3 表示, L 1、L 2、L 3 表示三条出线。规定电流从母线指向线路为正方向。

( 1) 中性点不接地系统: 假设A 相金属性接地, 可画出单相接地故障时的零序网络及向量图见图2。

规定电流从母线指向线路为正方向，零序电流与零序电压的关系是：

通过以上分析, 可得出结论: 1) 全电网都将出现零序电压; 2) 非故障线路上流过的零序电流等于本支路对地电容电流; 3) 故障线路上流过的零序电流等于全系统非故障线路对地电容电流之和。

( 2) 当此电网中性点经电阻接地时, 设中性点电阻为RN , 则可得到发生单相接地故障时的零序网络及向量图, 如图3所示。

( 3) 中性点经消弧线圈接地时, 等值电路与向量图4。

各线路始端所放反映的零序电流为：

可见非故障线路中的零序电流情况仍与中性点不接地系统相同, 但故障线路始端所反映的零序电流3I°0f比中性点不接地系统增加了一个感性电流分量- I°L ,其方向超前3U°090°。

6防御单相接地故障的继电保护

从以上分析可知, 在中性点不接地或经消弧线圈接地的配电系统中发生单相接地故障时, 无零序电流、非故障相电压升高3 倍, 继电保护装置一般配置绝缘监察装置并只发预告音响信号。中性点经小电阻接地后, 对单相故障而言, 故障电流增大, 并有零序电流产生, 因而保护配置应增加零序保护并作用于跳闸。根据经验, 10kV 出线为电缆时,加装零序电流互感器, 采用套在三相电缆上的单个CT方式, 避免CT 的误差和饱和差异所造成的不平衡电

流。保护配置宜采用两阶段式的零序电流保护—— 零序电流速断保护和零序电流过流保护。为了保证继电保护的选择性, 零序电流速断保护动作电流应躲过被保护线路的单相接地电容电流。10kV 线零序电流保护, 只能用三相电流互感器的零序过滤器或零序差动保护。

7计量方式

对于中性点不接地10kV 的计量方式, 一般采用三相三线计量方式, TV 采用V/ V 接线。但10kV 系统中性点采用经小电阻接地后, 计量方式如何呢? 根据DL/ T 448- 2000《电能计量装置技术管理规程》之电能计量装置的接线方式: 1) 接入中性点绝缘系统的电能计量装置, 应采用三相三线有功、无功电能表, 接入非中性点绝缘系统的电能计量装置应采用三相四线有功、无功电能表或3 只感应式无止逆单相电能表; 2) 接入中性点绝缘系统的3 台电压互感器, 35kV 及以上的宜采用Y/ y 方式接线; 35kV 以下的宜采用V / V 方式接线。接入非中性点绝缘系统的3 台电压互感器, 宜采用Yo / yo 方式接线。其一次侧接地方式和系统接地方式相一致。

根据DL/ T 825- 2002《电能计量装置安装接线规则》之4. 1. 2 高压计量之4. 1. 2. 1 中性点非有效接地系统一般采用三相三线有功、无功电能表, 但经消弧线圈等接地的计费用户且年平均中性点电流大于0. 1%I N( 额定电流) 时, 也应采用三相四线有功、无功电能表。

4. 1. 2. 2 中性点有效接地系统应采用三相四线有功、无功电能表。

10kV 系统中性点采用经小电阻接地属于中性点有效接地系统, 因此计量方式宜为三相四线计量方式,TV 接法为Yo/ y o 方式接线。

8结论

( 1) 电网中性点经电阻接地后, 对电弧接地过电压有较大的抑制作用, 从而有效地抑制过电压对电机、电缆绝缘的危害, 保证了用电设备的安全运行;

( 2) 对于单相接地电容电流较小, 高压电动机和电缆线路较多的电网, 运行多年后, 电缆的绝缘将降低和老化, 更易遭受异常过电压的袭击和破坏, 所以宜采用中性点经电阻接地方式。为防止单相接地发展为相间短路, 单相接地故障应立即作用于跳闸。

( 3) 中性点经电阻接地系统实现简单, 接地设备结构简单、容易维修, 中性点电阻一旦接入不用经常改变, 所需设备和投资不多, 但经济效益显著。

参考文献

[ 1] 配电安全技术[ M] . 机械工业出版社, 牟龙华. 孟庆海编著

[ 2] DL/ T 448- 2000《电能计量装置技术管理规程》.

[ 3] 电力系统继电保护原理[ M] . 清华大学出版社,王维俭

（作者单位：东莞市常平供电公司）

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