供配電安全技術

第一講：中性點接地方式中國礦業(yè)大學信息與電氣工程學院電氣安全與智能電器研究所張棟錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網(wǎng)單相接地故障的危害四、配網(wǎng)中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網(wǎng)中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈中性點：電力系統(tǒng)中發(fā)電機和變壓器（作為電源）星型連接公共端。中性點接地方式：中性點與“地”之間的連接關系。中性點非有效接地：又稱小電流接地系統(tǒng)，可分為不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻接地。中國、俄羅斯、德國、英國等配電網(wǎng)大多采用。中性點有效接地：又稱為大電流接地系統(tǒng)，可分為直接接地、經(jīng)低阻接地。美國、日本等配電網(wǎng)大多采用。一、中性點接地方式分類電網(wǎng)模型：假設電網(wǎng)三相對稱，忽略電網(wǎng)對地絕緣電阻，只考慮電網(wǎng)對地電容。電網(wǎng)正常時：三相經(jīng)對地電容流入大地的電流相量和為零，即沒有電流在地中流動。三相電壓對稱，各相對地電壓等于相電壓。二、中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相直接接地時：接地相對地電壓為零，中性點電壓偏移為接地相相電壓，非故障相對地電壓升為線電壓，三相線電壓仍然對稱。單相接地電流：二、中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相直接接地時電壓特點：接地故障相對地電壓為零，中性點對地的電壓上升到相電壓，且與接地相的電源電壓相位相反。非故障相對地電壓由相電壓升高為線電壓。因此電氣設備的絕緣按照線電壓設計。三相的線電壓仍保持對稱且大小不變，對電力用戶接于線電壓的設備的工作并無影響，因此電力運行規(guī)程規(guī)定：系統(tǒng)可以繼續(xù)運行不超過2小時，提高了供電的可靠性。發(fā)生單相直接接地時電流特點：單相接地電流等于正常運行時一相對地電容電流的三倍，為容性電流。與直接接地系統(tǒng)的單相接地短路電流相比小得多。二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網(wǎng)單相接地故障危害煤礦電容電流產(chǎn)生原因電纜長度大估算：所有使用的電纜長度累加和（km）×1.2~1.5(A/km)接地電流危害：配電網(wǎng)越大，電容電流越大，單相接地電流越大，易燒穿接地點形成相間短路（電纜放炮），造成事故擴大或設備損壞。可能出現(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧接地故障。有造成人身觸電、引燃瓦斯煤塵、干擾通信系統(tǒng)等危險。過電壓危害：間歇電弧將導致相與地之間產(chǎn)生接地過電壓，其值可能達到2.5～3倍的相電壓峰值。單相接地故障易激發(fā)鐵磁諧振過電壓。過電壓故障波及全網(wǎng)，導致故障擴大。7劉建國礦業(yè)大學信電學院電氣安全與智能電器研究所四、配網(wǎng)中性點接地相關規(guī)定DLT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準規(guī)定：3-10kV不直接連接發(fā)電機的系統(tǒng)和35/66kV系統(tǒng)，當單相接地故障電容電流不超過下列數(shù)值時，應采用不接地方式；當超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式：3-10kV架空線路、35/66kV系統(tǒng)：10A10kV非全部架空線路：20A3/6kV非全部架空線路、3-10kV電纜線路：30AGB50070-2009《礦山電力設計規(guī)范》標準規(guī)定：當6kV或10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障不要求立即切除故障回路而需要維持故障回路短時期運行時，應采用不接地、高電阻接地或消弧線圈接地方式，并應將流經(jīng)單相接地故障點的電流限制在10A以內(nèi)?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地。嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A。規(guī)程規(guī)定接地網(wǎng)上任一保護接地點的接地電阻值不得超過2歐姆，故規(guī)程規(guī)定高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流不超過20A，保證在發(fā)生單相接地故障時產(chǎn)生的接地電壓不超過40V。8劉建國礦業(yè)大學信電學院電氣安全與智能電器研究所五、單相接地電容電流的治理改變系統(tǒng)運行方式分區(qū)供電（采用隔離變壓器）采用接地分流消弧消諧裝置：容易擴大事故，治標不治本中性點經(jīng)消弧線圈接地目前，國內(nèi)外電容電流治理以中性點經(jīng)消弧線圈接地為主流。1、改變系統(tǒng)運行方式：該方法一般將系統(tǒng)運行方式由并列運行改為分列運行，相當于將大系統(tǒng)分為2個或多個小系統(tǒng)。優(yōu)點：無需額外投資；接地故障僅影響單段母線，提高了可靠性高缺點：分列運行會造成固定電費增加適用范圍：一般適用于電網(wǎng)規(guī)模不大且具備分列運行條件的系統(tǒng)，分段后各段電容電流小于20A限值2、分區(qū)供電：該方法采用6/10kV隔離變壓器，將6/10kV大系統(tǒng)從根本上分隔為多個接地小系統(tǒng)。優(yōu)點：各系統(tǒng)發(fā)生單相接地互不影響，可靠性高，接地故障判別容易、處理快，接地保護容易選擇缺點：采用隔離變壓器，造價較高；系統(tǒng)運行方式切換復雜適用范圍：需要隔離的系統(tǒng)電容電流小于20A限值。五、單相接地電容電流的治理3、采用接地分流消弧消諧裝置：原理：在發(fā)生單相電弧接地時，通過在接地相并聯(lián)接地電阻，根據(jù)分流原理將接地點電流引流，將不可控的接地點變?yōu)閷嵔拥攸c，使故障接地點的電弧熄滅。同時利用過電壓保護器限制接地相電壓升高，起到熄弧作用。特點：動作時需要鑒相,動作速度滯后;系統(tǒng)單相接地電流值并未減小；在系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地、穩(wěn)定電阻性接地時裝置不動作，接地點電流沒有改變。在系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時，裝置動作引流熄弧。五、單相接地電容電流的治理缺點：接地分流裝置從嚴格意義上講并非一種完善的治理方案。不符合《煤炭安全規(guī)程》457條的要求，系統(tǒng)單相接地電容電流并未限制在20A以內(nèi)。不能降低人身觸電危險性。僅在電弧接地時進行接地分流，起到熄弧作用，對金屬性接地和穩(wěn)定阻性接地不起作用。裝置動作時，造成接地保護實現(xiàn)困難。會使非故障相電壓無論在發(fā)生何種接地故障時都上升為線電壓，對電纜絕緣構成威脅。不能有效降低電纜由單相接地發(fā)展為短路（放炮）的幾率。接地分流裝置鑒相錯誤時，容易造成事故擴大。五、單相接地電容電流的治理4、中性點經(jīng)消弧線圈接地：原理：單相接地電流主要是電容電流。如果能夠在發(fā)生單相接地時用電感電流部分或全部抵消掉電容電流，則單相接地電流將大減小。消弧線圈：消弧線圈是一個可調(diào)電感線圈，線圈的電阻很?。ㄏ墓β市。?，電抗很大（保證對地絕緣水平），電抗值改變可采用多種方法。消弧線圈補償原理：發(fā)生單相接地故障時，通過消弧線圈使接地處流過一個與容性接地電流相反的感性電流，從而減小、甚至抵消接地電流，消除接地電弧引發(fā)的問題，提高供電可靠性。五、單相接地電容電流的治理序號中性點接地比較項目方式不接地經(jīng)電阻接地經(jīng)全補償消弧線圈接地隨調(diào)式預調(diào)式1單相接地電流大小大大接地初期大，補償跟蹤后小小2人身觸電危險性大大減小（與補償速度有關）減小3單相電弧接地過電壓最高低較高，過電壓概率小低，過電壓概率小4單相接地保護實現(xiàn)易易難難5鐵磁諧振過電壓高低初期高跟蹤后低低6保護接地安全性危險危險安全安全六、配電網(wǎng)中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈1、自動跟蹤補償消弧線圈分類按調(diào)諧方法：預調(diào)式：是指電網(wǎng)無接地故障情況下，消弧線圈預先自動調(diào)諧到合理補償位置。一般需加裝阻尼電阻，以保證中性點位移電壓不大于額定相電壓的15％。隨調(diào)式：是指電網(wǎng)無接地故障情況下，消弧線圈處于欠補償狀態(tài)，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈自動調(diào)諧到合理補償位置。不需阻尼電阻，但接地瞬間無法達到全補償。按調(diào)節(jié)方法：有檔調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)精度低，殘流大，一般有調(diào)匝式、調(diào)容式。無級調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)精度高，殘流小，一般有調(diào)感式、偏磁式。2、消弧線圈的補償方式：固定欠補償電感電流小于接地電容電流，單相接地時接地電流為容性。因線路停電或系統(tǒng)頻率降低等原因使接地電流減少，可能出現(xiàn)完全補償。故一般也不采用。固定全補償消弧線圈提供的電感電流等于接地電容電流，接地處電流為0。易滿足諧振條件，形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生過電壓。固定過補償電感電流大于接地電流，單相接地電流為感性。固定過補償方式在電網(wǎng)中得到廣泛使用。但過補償程度要合適。自動跟蹤補償時刻跟蹤電網(wǎng)電容電流變化，調(diào)節(jié)電感量，達到預設補償量，一般設定為跟蹤全補償方式。自動跟蹤補償消弧線圈在目前電網(wǎng)中占據(jù)主要地位。七、自動跟蹤補償消弧線圈3、自動跟蹤補償消弧線圈作用：補償電容電流，減少電纜放炮幾率。用電感電流抵消接地點的電容電流，一般要求消弧線圈在全補償時接地點無功殘流<5A，可減少形成短路故障的幾率。減小電纜損傷，提高電纜壽命。電網(wǎng)故障中，接地故障比率最大，在發(fā)生接地故障時，全補償消弧線圈可使接地點損傷降低到最低，一些瞬間性接地故障可自恢復，提高了供電可靠性。減少形成電弧接地過電壓的幾率。當接地點殘流較小時，接地點電弧容易熄滅，則形成間歇性接地的故障幾率減小，可使接地形成過電壓的幾率降低，尤其采用預調(diào)節(jié)方式的消弧線圈，效果更為明顯。可抑制鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生幾率。采用預調(diào)節(jié)方式的消弧線圈，帶有阻尼電阻箱，在電網(wǎng)產(chǎn)生擾動使PT飽和時，可吸收諧振能量，使鐵磁諧振幾率降低，起到消諧作用。接地故障運行時減小人身觸電概率。七、自動跟蹤補償消弧線圈4、自動跟蹤補償消弧線圈匯總消弧線圈是自動跟蹤補償裝置的核心部件，按目前國內(nèi)常用的消弧線圈調(diào)節(jié)電感電流的方法，主要有以下幾種消弧線圈形式：調(diào)匝式調(diào)容式調(diào)感式偏磁式（直流助磁式）磁閥式七、自動跟蹤補償消弧線圈調(diào)匝式：利用有載開關調(diào)節(jié)消弧線圈上設置的若干分接頭，實現(xiàn)電感量的有級調(diào)整。所需設備：接地變壓器、抽頭式消弧線圈、高壓有載開關、阻尼電阻箱、殼體、控制柜。調(diào)節(jié)方式：有檔調(diào)節(jié)、預調(diào)式。優(yōu)點：容量大。缺點：有檔調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)精度低、調(diào)節(jié)速度慢。七、自動跟蹤補償消弧線圈調(diào)匝式：七、自動跟蹤補償消弧線圈

調(diào)容式：采用改變消弧線圈二次側(cè)低壓電容電流的方法來調(diào)節(jié)消弧線圈的電感電流。

所需設備：三相五柱消弧線圈、多組電容器、阻尼電阻箱、控制柜、殼體。調(diào)節(jié)方式：有檔調(diào)節(jié)、預調(diào)式。優(yōu)點：調(diào)節(jié)范圍大。缺點：有檔調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)精度低、占用設備多、維護量大、故障擴大可能性大。七、自動跟蹤補償消弧線圈

調(diào)容式：七、自動跟蹤補償消弧線圈調(diào)感式：采用改變消弧線圈二次側(cè)低壓電感電流的方法來調(diào)節(jié)消弧線圈的電感電流。以實現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。

所需設備：三相五柱消弧線圈、電抗器、阻尼電阻箱、殼體。調(diào)節(jié)方式：無級調(diào)節(jié)、預調(diào)節(jié)。優(yōu)點：連續(xù)無級可調(diào)、調(diào)節(jié)精度高。缺點：有固定補償量，造成調(diào)節(jié)范圍無法做到0-全范圍。七、自動跟蹤補償消弧線圈調(diào)感式：七、自動跟蹤補償消弧線圈偏磁式：通過改變鐵芯磁化段磁路上的直流助磁磁通大小來調(diào)節(jié)交流等值磁導以實現(xiàn)電感的連續(xù)可調(diào)。所需設備：接地變壓器、可助磁消弧線圈、控制柜（含直流助磁回路）殼體。調(diào)節(jié)方式：無級調(diào)節(jié)、隨調(diào)式。優(yōu)點：連續(xù)無級可調(diào)。缺點：隨調(diào)式、需外部直流電源、響應時間一般大于20ms、維護量大。七、自動跟蹤補償消弧線圈偏磁式：七、自動跟蹤補償消弧線圈磁閥式：利用自耦勵磁技術控制鐵心的飽和程度，實現(xiàn)對補償電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。

所需設備：接地變壓器、磁閥式消弧線圈、控制柜殼體。調(diào)節(jié)方式：無級調(diào)節(jié)、隨調(diào)式。優(yōu)點：連續(xù)無級可調(diào)。缺點：隨調(diào)式、響應時間一般大于20ms、調(diào)節(jié)原理復雜、易發(fā)生故障。七、自動跟蹤補償消弧線圈