非线性中性点接地电阻在自备电厂的应用

摘要：接地变及接地电阻柜适用于系统中性点采用小电阻或中电阻接地的场合，将不接地系统变成经小电阻接地系统，电网出现单相接地故障时立即跳闸切除故障线路。然而在接地变及接地电阻选配不合适的情况下，接地变频繁故障，导致退出运行，使得接地系统仍改变为不接地系统，况且接地变故障造成诸多不安全因素。

关键词：中性点;接地电阻;接地电阻变;非线性

前言

某大型化工厂配套自备电厂4×125MW机组10kV系统接地电阻柜因接地电阻电流和接地变对器的容量不匹配，在实际运行时，接地变压器高压绕组多次烧坏，改变了系统的接地方式，原电阻接地变成现在的中性点不接地系统，如果更换增大接地变压器的容量，原配套的电阻热稳定性较差，发生单相接地时，同样会损坏电阻，变成不接地系统。中性点不接地系统的主要故障是系统谐振过电压激发单相弧光接地。单相弧光接地的危害性主要表现在两个方面一是引发系统高倍过电压，包括谐振过电压，二是容易发展成为系统短路故障。

一、 10KV 系统中性点运行方式存在问题：

（1）因厂用供电系统较庞大，电容电流较大，发生单相接地故障时故障点的电弧很难被熄灭，极易发展为三相故障。

（2）选线装置上的回路数较多，选线装置不能百分之百的选出故障回路。

（3）虽然接地电容电流较大，但是拿综保装置来说反应到二次的电流任然很小且不稳定，导致零序保护整定困难，定值太小易误动，定值太大又会不动，很难找到最佳点，所以系统发生接地故障时零序保护发挥的作用特别少。

（4）多起较大电气事故均由单相接地故障发展三相短路故障所引起，每次发生三相短路故障时，均会启动速断保护导致一连串开关跳闸。针对以上问题，现对10KV 系统接地方式进行分析对比，并根据分析情况提出应对改造措施。当发生单相接地故障时，强大的电弧能量会使单相接地故障很快转化为相间短路，迫使10kV 故障回路电源端断路器切断电源，所以不接地系统在发生一个接地故障后仍能保证供电不间断的优点已不复存在。同样面对如此大的电容电流，小电阻接地方式的接地电阻值也面临阻值选择困难问题，电阻值选择不合理同样会功亏一篑[1]。

二、 改造方案

接地变压器的容量的确定：10kV， 250kVA;电阻器的接地容量：5750kJ;在二次侧需安装一个接地变压器，其一次侧为有中性点的星形绕组，把原接地变压器的容量50kVA更改为250kVA。具体改造如图所示：

从图中可知，正常运行时，中性点电压很低，非线性电阻呈高阻状态，流经其中的电流非常小，基本上处于开路状态，系統相当于不接地。因此，具有不接地方式供电可靠性高，安全性好的特点。若系统发生故障，引发高倍过电压时，中性点电压会同时升高，非线性电阻立即响应而导通，将电压限制在设定范围内，系统的过电压也被限制在2倍以下。此时系统又具备了有效接地系统过电压水平低、选线准确率高的特点，并优于经小电阻接地方式。当系统发生谐振时，非线性电阻的巨大能容很快地吸收谐振能量。因过电压被限制在较低水平，所以互感器的特性处于线性区域，呈高感抗状态而使谐振消失。当系统发生单相弧光接地时，非线性电阻及时吸收接地电荷能量，同时限制弧道的恢复电压，使接地电流过零后不容易重燃，弧光很快熄灭，其综合性能优于消弧线圈。当发生永久性接地时，非线性电阻保持相电压水平，电阻中流过的电流较稳定，可维持运行。也可以通过选线对故障馈线进行延时切除或快速切除，适宜于各种不同的运行要求。经非线性电阻接地的系统过电压水平被限定在绝缘允许范围内，电气设备的绝缘被高电压冲击的可能性减小，小故障引发大故障的概率也大大降低，供电的可靠性和安全性有很大提高。

三、 可行性分析

改造后中性点非线性电阻柜实时检测中性点电压，无延时准确动作灭弧各消除谐振，吸收弧光、谐振能量，有效防止恢复电压冲击时弧道重燃。能有效的控制弧光过电压，保证高压电机和相关设备的安全运行。

（1）系统中无需增设消弧消谐柜来被保护，消弧柜动作时，故障已经发生，而非线性电阻柜，故障有发展初始状态就导通，抑制过电压的产生，来保护设备的绝缘不被破坏。

（2）可快速切断接地故障点，过电压水平低，能消除谐振过电压，可采用绝缘水平较低的电缆和电气设备。

（3）减少绝缘老化，延长设备使用寿命，提高设备可靠性。

（4）系统中不需要增设小电流选线，开关柜综合保护启用零序保护，可快速准确的判断故障线路，采用快速切除，杜绝事故进一步扩大。

（5）有利于降低系统设备绝缘水平和提高系统安全可靠运行水平，由于系统的工频电压升高和暂态过电压倍数较低，可以将雷电过电压和操作过电压限制到较低水平，所以，中性点经非线性电阻接地系统的电气设备承受的过电压数值低、时间短，可以适当降低设备的绝缘水平，节约设备投资，对采用原标准的设备则安全可靠性和设备使用寿命大大增长，同时也大大提高整个系统的运行可靠水平，具有明显的经济效益。

（6）非线性中性点电阻是耗能元件，也是阻尼元件不会引发电网谐振[4]。适当选择非线中性点电阻能容值，可以将过电压倍数限制在满意的范围内。是消除系统各种谐振过电压的最有效措施，非线性中性点电阻相当于在谐振回路中并接一个阻尼电阻，由于电阻的阻尼作用，可以消除系统的各种谐振过电压。

非线性电阻接地运行方式主动抑制过电压方式，过电压倍数低，故障回路查找准确，利用电阻物理特性主动在线保护，采用整定中性点电压值来抑制系统过电压，容量可以通过并联实现增大[2]。

四、 结论

电网中性点经非线性电阻接地运行方式可以把单相接地故障电流限制在较低范围内，比小电阻接地方式下要低很多，可以有效地限制单相接地故障电流的危害性，对电网中的电力设备均可起到不同程度的保护作用。如可以减少一次设备频繁的短路电流冲击;减少断路器的遮断次数和继电保护的动作次数和误动;减少断路器的拒动概率以及运动人员的误操作概率;降低线路绝缘子的损坏率;减轻设备的运动维护与检修工作量等。

参考文献：

[1]赵智大. 电力系统中性点接地问题.北京：中国工业出版社，1965.

[2]夏承铨. 非线性电路.西安：交通大学出版社，1986.

[3]李福寿. 中性点非有效接地电网的运行.北京，水利电力出版社，1993.

[4]张金霞. 电网中性点接地方式探讨.天津职业技术师范学院学报，2003年3月第一期.

作者：李锦锋 1982年8月，主要研究：火力发电厂电气运行