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6~10kV(短路接地線)電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地的單相接地保護(hù)

2010-05-05 [2626]

1 當(dāng)前6~10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展趨勢

  6~10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式目前有一種傾向于電阻接地的趨勢,有以下主要論點(diǎn)。
  a. 6~10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)往常采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式,在大城市以電纜為主的6~10 kV配電網(wǎng)、大中型工礦企業(yè)配電網(wǎng)、中小型發(fā)電機(jī)電壓直配電網(wǎng)等電網(wǎng)中,已暴露出許多弊端。如內(nèi)過電壓倍數(shù)高達(dá)3.5~4倍相電壓,特別是間歇性電弧接地過電壓和諧振過電壓,迫使提高電網(wǎng)總體絕緣水平;而對于有大量高壓電動機(jī)的工礦企業(yè)和火力發(fā)電廠,絕緣配合是困難的。
  b. 規(guī)程規(guī)定單相接地故障時,在升高的穩(wěn)態(tài)電壓下運(yùn)行達(dá)2 h,不僅會導(dǎo)致絕緣早期老化,或在絕緣薄弱處發(fā)生閃絡(luò),而且會誘發(fā)多點(diǎn)故障,釀成斷路器異相開斷,惡化斷路器開斷條件。
  c. 配電網(wǎng)電容電流越來越大(有的地區(qū)達(dá)100~150 A),因此消弧線圈及接地變壓器的容量必將增大很多,況且運(yùn)行中電容電流隨機(jī)性變化范圍很大,給消弧線圈自動跟蹤補(bǔ)償帶來*困難。
  d. 電力電纜為非自恢復(fù)絕緣,發(fā)生單相接地必為*故障,不允許繼續(xù)運(yùn)行,必須迅速切除單相接地故障,因此消弧線圈就不能充分發(fā)揮作用。
  e. 人身觸電不立即跳閘,難以保障人身安全。
  f. 對于主要由電纜線路組成的電網(wǎng),電容電流超過10 A時,宜采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式,單相接地故障取立即跳閘方式。由于立即跳閘影響供電連續(xù)性,可從提高線路或設(shè)備的冗余度來解決。
  g. 中性點(diǎn)宜采用中電阻(10~120 Ω)接地方式,保證IR=(1~1.5)IC,以限制內(nèi)過電壓不超過2.6倍相電壓,同時使保護(hù)具有靈敏度和選擇性。
  我國上海、廣州、珠海等城市配網(wǎng)中性點(diǎn)已在試行電阻接地方式(采用10 Ω以下低電阻)。南京地區(qū)已在多個110 kV變電所及220 kV下關(guān)變電所10 kV系統(tǒng)試行中電阻接地方式。10 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)采用電阻接地方式可能是一種發(fā)展趨勢。本文試圖探討一下此種接地方式在單相接地故障時繼電保護(hù)的配置。為此首先對單相接地故障進(jìn)行必要的矢量分析,并以圖1線路Ⅲ C相經(jīng)過渡電阻RG的單相接地進(jìn)行分析。

2 線路分析

  電力系統(tǒng)接地電流的大小決定于系統(tǒng)中性點(diǎn)接地裝置的阻抗、電網(wǎng)的對地電容及故障點(diǎn)的過渡電阻。在正常情況下,各相對地電容電流與負(fù)荷電流在各相之間形成通路(三相對稱),在單相接地故障時,電容電流將通過接地點(diǎn)。
  當(dāng)圖1中線路Ⅲ經(jīng)過渡電阻RG接地時,非故障線路Ⅰ,Ⅱ及故障線路Ⅲ的各相對地電容電流經(jīng)過渡電阻RG流到線路Ⅲ的C相,當(dāng)過渡電阻RG=0時(金屬性接地C相電容被短接),沒有電流流過C相對地電容。在下面的討論中僅考慮RG為常數(shù)的單相接地情況。
  故障點(diǎn)的總電流IG可根據(jù)等效發(fā)電機(jī)原理(赫爾姆霍斯-戴維南定理)來確定。從RG兩端看過去,等效阻抗(不計接地變阻抗)為  由式(3)可知當(dāng)RG=0時(即金屬性接地),U0=-UC,與系統(tǒng)對地電容C及中性點(diǎn)電阻R0無關(guān);當(dāng)RG≠0時,U0的大小、相位將受制于RG,C,R0。
  當(dāng)R0確定后,U0的大小、相位將隨系統(tǒng)對地電容C及故障點(diǎn)過渡電阻RG的變化而變化。但I(xiàn)C超前U0 90°,IR0與U0同相的關(guān)系始終不變。
   系統(tǒng)單相接地時(不論是金屬性接地或經(jīng)過渡電阻RG接地),系統(tǒng)線間電壓維持不變,而各相對地電壓為(見圖2):

U′A=UA+U0=UA-(-U0)
U′B=UB+U0=UB-(-U0)
U′C=UC+U0=UC-(-U0)其中,a為運(yùn)算子,下同。
  A相對地總電容電流為IC(A),且超前U′A 90°  B相對地總電容電流為IC(B),且超前U′A 90°由式(11)、(12)可知C相接地后,C相對地電壓U′C既是UC與-U0的向量差,又等于故障點(diǎn)電流在過渡電阻上壓降的負(fù)值。由此可得-U0的末端始終落在以U0為直徑的半圓內(nèi),-U0落后UC的角度為0°~90°。
  前述故障點(diǎn)的總電流IG及其分量IC(容性),IR0(阻性)與各饋出線的零序電流不屬同一概念。單相接地時,健全線路的零序電流為
  線路Ⅰ I0(Ⅰ)=IC(Ⅰ)=U0.3jωC(Ⅰ)                      (13)
  線路Ⅱ I0(Ⅱ)=IC(Ⅱ)=U0.3jωC(Ⅱ)                     ?。?4)

  從式(13)、(14)可知,健全線路仍有零序電流,但數(shù)字較小,且超前U0 90°,呈容性(見圖3)。

 

圖3 線路Ⅰ,Ⅱ的零序電流、電壓向量圖

    IG前取負(fù)號是考慮到與母線流向線路的習(xí)慣正方向相反。
  從式(15)知,故障線路零序電流含阻性電流U0/R0分量,這就為單相接地選線提供了明白無誤的判據(jù)??梢詼?zhǔn)確無誤判別故障線路(見圖4)。

 

圖4 發(fā)生單相接地線路Ⅲ的零序電流、電壓向量圖

  由于電壓互感器開口三角通常是按照-3U0接線,對于故障線路可檢測到零序功率中的有功分量P0=|-U0I0Ⅲcos3|。對于非故障線路不僅零序功率數(shù)值較小,且不含有功分量,對-U0而言呈感性。
  從圖2、圖4中可知3總是小于2,當(dāng)中性點(diǎn)電阻R0的取值使得IR0=IC時,2=45°;當(dāng)IR0>IC時,0°<2<45°;當(dāng)IR0=1.5IC時,2≈37°。根據(jù)上述分析,可設(shè)定一個恰當(dāng)?shù)挠泄β世^電器zui靈敏角。所以6~10 kV中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地時,采用零序電流啟動的零序功率方向保護(hù),并取跳閘方式為較好的保護(hù)方式,并輔以三相一次重合閘。
  單相接地時,零序功率繼電器檢測到的P0愈大,繼電器愈靈敏,也即是IR0愈大愈好。但I(xiàn)R0的選擇(中性點(diǎn)接地電阻R0的選擇)受諸多因素的制約,R0的取值請參閱相關(guān)文獻(xiàn)?!?/p>

 

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