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          電力百科:配電自動化之配電網中性點接地方式

          時間:2022-04-12 13:35:56來源:

          導語:?自1996年率先推出國內第一代功能完善的配電網自動化終端以來,已在浙江、福建、山東、四川、廣東、上海、陜西等地的配電自動化工程中取得良好業績;研發的利用故障暫態信息小電流接地故障選線產品,在千余廠站獲得應用,選線成功率超過95%,為提高供電可靠性作出了應有貢獻。

                 我國經濟持續快速發展對供電可靠性提出了更高要求,而智能電網的興起更是極大助推了配電技術的發展,國家電網公司、南方電網公司先后在眾多城市開展了配電自動化建設。作為主流設備供應商,山東科匯電力自動化有限公司始終堅持開展配電自動化研究與技術應用,取得了豐富的研究成果與工程經驗。

            自1996年率先推出國內第一代功能完善的配電網自動化終端以來,已在浙江、福建、山東、四川、廣東、上海、陜西等地的配電自動化工程中取得良好業績;研發的利用故障暫態信息小電流接地故障選線產品,在千余廠站獲得應用,選線成功率超過95%,為提高供電可靠性作出了應有貢獻。近年來,隨著配電自動化建設深入以及分布式電源接入,在配電網小電流接地故障檢測與定位、短路故障檢測與處理、繼電保護以及IEC61850在配電網應用等方面,涌現出了一批新技術?茀R公司結合近年來最新認識、研究成果以及現場實際應用做此系列講座,拋磚引玉,與廣大配電工程技術人員共同致力于我國配電自動化技術的發展。

            本講座分為5講:①配電網中性點接地方式探討;②小電流接地故障選線和定位技術;③分布式智能控制的故障處理技術;④配電網廣域保護技術;⑤即插即用技術。

            配電網中性點接地方式,即配電網中性點與大地之間的電氣連接方式,是配電網的一個基礎問題,涉及到供電可靠性、過電壓、繼電保護等諸多技術經濟問題,目前業界討論較多,認識也不盡相同,各國配電網的接地方式也不同。本文主要介紹配電網中性點常用接地方式及其特點,在此基礎上給出接地方式選擇的建議。

            接地方式分類

            配電網中性點接地方式可分為有效接地和非有效接地兩大類。

            有效接地方式又包括直接接地(中性點與大地直接連接)、經小電阻接地(經阻值較小的電阻與大地連接)、經電抗接地(經感抗值較小的電感與大地連接)3種具體方法。由于單相接地時故障電流較大,習慣上稱為大電流接地方式。

            非有效接地包括中性點不接地(中性點對地懸空或無中性點)、諧振接地(經消弧線圈,即感抗值較大的電感線圈與大地連接)、高阻接地 (經阻值較大的電阻與大地連接)3種具體方法。由于單相接地時流過故障點的電流很小,又稱為小電流接地方式。近年來出現的采用電力電子器件實現故障電流無功、有功以及諧波等全電氣分量補償的有源接地方式,也可歸類到非有效接地方式,由于其有源電流發生裝置屬于柔性配電(DFACTS)設備,又可稱為柔性接地方式。

            不同接地方式的特點

            直接接地系統中,單相接地時故障電流將超過三相短路電流的50%,巨大的短路電流會危害電氣設備并干擾鄰近通信線路,也容易產生接觸電壓和跨步電壓危害人身安全,因此需要繼電保護裝置立即動作,切除故障線路。由于單相接地是配電網最主要的故障形式,這將頻繁產生供電中斷,影響供電可靠性。其優點是不產生過電壓,且繼電保護比較容易實現。

            經小電阻接地系統中,由于電阻的限流作用,單相接地故障電流相比于直接接地系統有明顯下降,會減輕對配電網及設備的危害程度,但仍然需要立即切斷故障線路,從而造成供電中斷影響供電可靠性。同時,其過電壓有所升高,但對配電設備不會造成危害。

            不接地系統中,單相接地時三相間的線電壓基本保持不變,不影響對負荷的供電;又由于故障電流為系統對地分布電容電流,數值比較小,對設備、通信和人身的危害也較小,因此允許在接地情況下繼續運行一段時間,運行人員可借此采取處理措施。事實上,如果接地電流不大,電弧會自行熄滅,形成“瞬時性”故障,系統恢復正常運行,達到“自愈”效果。單相接地不造成用戶供電中斷、供電可靠性高是不接地方式的主要優點。其不足之處是:接地電流較大時,會形成穩定的電弧接地或間歇性電弧接地,產生最大可達3.2倍相電壓的弧光接地過電壓,危害線路和設備絕緣安全并可能引發相間短路故障,造成線路跳閘停電;單相接地故障電流小,繼電保護(故障選線、定位等)困難。

            諧振接地系統中,單相接地時,故障點電流是系統對地電容電流與消弧線圈電感電流之和。調整消弧線圈,可使故障點電流趨于最小,電弧更易熄滅;熄弧后可以限制故障相電壓恢復速度,減小電弧重燃概率,促進故障自消除和系統恢復正常運行。根據補償電感電流分別等于、小于和大于系統對地電容電流,消弧線圈可分為全補償、欠補償和過補償三個狀態。單純從補償效果來看全補償方式最好,但消弧線圈與系統對地電容易產生串聯諧振;欠補償方式在切除部分線路后容易形成全補償;因此,一般采用適度過補償狀態。

            早期消弧線圈調整采用人工方式,難以及時、準確地跟蹤系統電容電流的變化,現在一般采用自動跟蹤補償技術,極大提高了消弧線圈的補償效果。

            有源接地方式,可以最大限度減少故障點電流(趨于0),使故障電弧更容易自熄滅,最大限度避免電弧重燃,促使更多接地故障自恢復。通過避免間歇性接地的發生,也減少了弧光過電壓的危害。

            配電網中性點接地方式的選擇

            這是一個技術問題,也是一個經濟問題,要考慮配電網運行情況、供電可靠性要求以及故障時的過電壓、人身安全、通信干擾、繼電保護、設備投資等,是一個系統工程。

            非有效接地方式的過電壓危害、繼電保護困難、運行管理復雜等,對供電企業而言都是不利因素,如果僅從自身利益出發,有理由選擇有效接地方式。但從提高供電可靠性、減少人身危害等角度出發,非有效接地方式又具有更大的優勢。對于非有效接地方式,選用不接地還是諧振接地,則應著重考慮故障電弧的熄弧率。根據我國相關標準,在電纜和架空線路混合網絡中接地電流超過10安培以及純電纜網絡接地電流超過20安培時,應采用諧振接地方式。

            目前,美國、英國、新加坡等國和我國香港的配電網中性點一般采用有效接地方式,德國、法國等歐洲國家以及日本、俄羅斯等國的配電網中性點一般采用非有效接地方式。

            我國絕大多數配電網采用非有效接地方式,一些沿海城市和特大型城市中心區域的部分配電電纜網絡采用了小電阻接地方式。

            配電電纜網絡采用小電阻接地方式,通;趦煞矫婵紤]:①電容電流大,消弧線圈補償效果不佳;②故障都是永久性的,難以自恢復。事實上,目前的消弧線圈自動補償技術完全能夠滿足電纜網絡的需求,在德國,電容電流達數百安培的電纜網絡仍然采用諧振接地方式。統計表明,電纜網絡中相當一部分故障是發生在電纜接頭或本體以外 (如用戶變壓器)的瞬時性故障;實際故障表明電纜本體接地也可能自熄弧。因此,電纜網絡采用諧振接地方式,也可避免不必要的供電中斷,或者說可維持一段時間的正常供電。

            近年,諧振接地方式受到了各國供電公司的重視。社會經濟的發展對供電可靠性提出了更高要求,采用諧振接地方式可盡量減小單相接地引起的供電中斷;消弧線圈自動調諧、小電流接地故障保護 (如利用暫態信號的選線)等技術的成熟,也起到重要的推動作用。傳統上采用有效接地方式的英國,已有部分配電網改為諧振接地方式。

            有源接地技術目前處于研究和少量運行階段,由于可極大提高單相接地的自愈水平,是智能配電網中一種重要的故障自愈技術措施,代表了配電網中性點接地 (特別是非有效接地)方式的發展方向。

            對于智能配電網,當主網采用有效接地方式時,分布式電源(接入變壓器)的接地方式將面臨兩難境地。如果其也采用直接接地或小電阻接地方式,則顯著增大并網狀態下單相接地故障電流;如果其采用不接地方式,在并網時系統為有效接地方式,脫網后孤網內為非有效接地方式,系統需要滿足特性完全不同的2種接地方式的需要。當主網采用非有效接地方式時,問題要相對簡單,分布式電源可采用不接地方式,無論在并網還是脫網狀態下,接地方式都不會發生根本性改變。

            因此,從技術層面上講,含分布式電源配電網的中性點應采用非有效接地方式,特別是采用有源接地技術,不僅可以使主網和孤網保持同類接地方式,還可充分實現接地故障自愈,最大限度提高供電可靠性。

          標簽: 電力電子

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