钢铁企业电网接地方式的比较分析

时间：2013-09-07 09:32:09 来源：论文投稿

[摘要]文章结合钢铁企业电压等级和电网特点，对不同的中性点接地方式：中性点不接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地方式从可靠性、安全性、以及维护等方面进行了分析，提出了适用不同企业电网供电电压中性点接地方式的建议。
　　[关键词]中性点接地方式　电阻接地　消弧线圈接地
　　
　　引言
　　
　　钢铁企业电网以110kV、35kV、10kV三个电压等级应用较为普遍，随着钢铁企业重组和兼并步伐的加快，其企业电网的规模不断扩大，而且采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加。电气设备设计规范中规定35kV电网如果单相接地电容电流大干10A，3～10kV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而《城市电网规划设计导则》规定“35kV、10kV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。在区域电网或企业电网的规划中，中性点的接地方式问题也常引起多方面的关注，世界各国也有不同的观点及运行经验，有必要作一比较分析。
　　
　　1　中性点经电阻接地方式
　　
　　中性点经电阻接地方式分经小电阻和高电阻接地方式两种。
　　中性点经低电阻接地系统就是中性点通过一个小电阻接地，当发生单相接地故障时，无论故障是瞬时性的还是永久性的，均通过流过接地点的电流来启动零序保护使断路器跳闸，切断故障线路。世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是对弧光接地过电压的危害性认识充分，而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压，主要优缺点如下：
　　(1)当发生单相接地故障时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。
　　(2)当发生单相接地故障时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，能可靠的动作切除接地线路。这种接地方式可以有效地防止非瞬时性单相接地故障发展成相间短路故障，提高零序保护的零敏度，快速切除故障线路，保证设备的安全、稳定运行，但同时，无论故障是永久性还是非永久性的，故障线路均跳闸，因此线路跳闸次数较多，一定程度上损害了用户供电的可靠性，供电的可靠性降低了。
　　(3)当发生单相接地故障时，由于接地故障电流大，在断路器跳闸之前，故障点和中性点附近会形成危险的接触电压和跨步电压，可能会对工作人员的人身安全构成威胁。
　　(4)由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。
　　(5)大接地电流将对通讯、数据传输、导航等系统产生严重电磁干扰。
　　中性点经高电阻接地系统就是中性点通过一个高电阻接地，由于高电阻接地方式的接地电流被限制到很小，当发生接地故障时并不要求立即切除故障，保护装置只是检测故障并发出信号，允许继续运行l～2h，可保证供电的连续性和可靠性。电网中性点经高阻接地后对间歇性电弧接地过电压和串联谐振过电压有较大的抑制作用，从而有效地防止了异常过电压对电机、电缆绝缘的危害，保证了用电设备的安全运行。缺点是当接地故障电流较大时，持续的故障电流所引起的热效应，会使电缆在接地故障处的相间绝缘因过热燃毁而发展为相间短路。所以，当电网的电容电流较小时，可采用中性点经高电阻接地的方式。
　　
　　2　中性点不接地方式
　　
　　中性点不接地系统结构简单、投资经济、运行方便。当系统正常运行时，三相的相电压是对称的，各相的对地电压均为相电压，三相的对地电容电流相等，分别超前相电压90。，三相的对地电容电流三相和为零。在发生单相接地故障时，由于接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，此时非故障相对地电压升高为原来的1.732倍，系统内设备或电缆绝缘等级相应提高，而相间电压对称性并未破坏，不影响该相用电设备的供电。当单相接地电容电流不大时，所引起的热效应为电网各元件的绝缘所能承受，根据运行规程，故允许电网带接地故障继续运行1～2h时间。从而获得排除故障时间，提高了供电的可靠性。
　　但这种带故障运行不能长此下去，以免在另一相又接地时形成两相接地短路，这将产生很大的短路电流，可能损坏线路和设备。因此这种中性点不接地系统中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通道，必须装设单相接地保护或绝缘监视装置，当系统发生单相接地故障时，发出报警信号或指示，以提醒运行值班人员及时采取措施，查找和消除接地故障。
　　根据具体工程，计算出电网单相接地电容电流，如对架空线构成的配电系统小于10A，对于电缆构成的配电系统小于30A，可采用不接地系统。以充分发挥经济、有效的优点。
　　
　　3　中性点直接接地
　　
　　中性点直接接地方式，可以消除接地继电器不能准确动作以及电弧接地造成过电压的危险；同时由于在这种工作方式的系统内，电气设备绝缘要求较低，按相电压考虑，价格比较便宜，而且不需要另外的接地设备，总的投资比较低廉。尤其对于110KV及以上的系统，由于绝缘费用比较高，因此经济性更为显著。对于380V及以下的低压系统，还可以利用相电压作为照明电源，节省变压器及有色金属的消耗。
　　在直接接地系统中，由于短路电流很大，有些情况下，单相短路电流甚至还要超过三相短路电流，因此要选择开断容量较大的开关设备。当单相短路电流过大时，正序电压降低很多，以致使系统不稳定，而且对通信线路有强烈的干扰。
　　
　　4　中性点经消弧线圈接地方式
　　
　　1917年首台消弧线圈在德国投运以来的运行经验表明，带消弧线圈的中性点接地方式广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。
　　中性点经消弧线圈接地系统，即是将中性点通过一个消弧线圈接地。中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性点不接地系统单相接地时产生的电容电流，减少弧光过电压的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接地故障仍可以继续供电的突出优点，但也存在产生间歇性电弧而导致过电压的危险，当接地电流大于10A时，产生的电弧往往不能自熄，造成弧光接地过电压概率增大，不利于电网安全运行。而消弧线圈是一个具有铁心的可调电感，当电网发生接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。而当电流过零而电弧熄火后，消弧线圈尚可减少故障相电压的恢复速度，从而减少了电弧重燃的可能，有利于单相接地故障的消除。此外，通过对消弧线圈分接开关的操作，使之能在一定范围内达到过补偿运行，从而有效减小接地电流。这可使电网得以持续运行一段时间，相对地提高了供电可靠性。