中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析单相接地故障选线大小电流接地系统等等.docx

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中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析单相接地故障选线大小电流接地系统等等

中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析、单相接地故障选线、大-小电流接地系统等等

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中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析

[作者：

罗 海 | 转贴自：

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2008-4-21 | 文章录入：

imste   2007年 第 6 期]

                  （内蒙古技师培训学院，内蒙古呼和浩特010051）

摘要：

本文论述了中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统的结构，系统正常运行和故障运行时的特性。

关键词：

中性点；接地；消弧线圈；电力系统

中图分类号：

TM711 文献标识码：

A 文章编号：

1007—6921（2007）06—0101—02

     电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点，从电力系统运行的可靠性、安全性、经济性和人身安全等方面考虑，中性点常采用不接地，经消弧线圈接地、直接接地和经低电阻接地四种运行方式，我国3—66KV系统，一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。

1中性点不接地电力系统的运行特点

中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图如图1所示：

     设三相系统的电源电压和电路参数都对称，每相与地之间的分布电容用一个集中电容C来表示，线间电容忽略。

     系统正常运行时，三个相电压UA、UB、UC对称，三个相的对地电容电流ICO也对称，其相量和均为O，中性点对地电压为O，各相对地电压就是相电压。

系统的线电压大小和相位差仍保持不变。

接在线电压上的用电设备仍能正常工作。

但这种单相接地状态不允许长时间运行。

因为系统单相接地后长时间运行可能造成非故障相绝缘薄弱处被击穿，形成相间短路，产生很大的短路电流，从而损坏线路及用电设备；此外，较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，稳定电弧可烧坏设备，引起相间短路，间歇电弧可产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。

因此，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，系统运行时间不应超过2h。

     中性点不接地系统都应装设单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，发出警报，提醒工作人员采取措施，排除故障。

2中性点经消弧线圈接地电力系统运行特点

     在中性点不接地系统中，当单相接地电容电流超过一定数值时（3～10KV系统中接地电流＞30A，20KV以上系统中接地电流＞10A），在接地点将产生电弧，引起危险的间歇过电压，因此须采用中性点经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过电压的产生。

这种接地方式就是中性点经消弧线圈接地。

如图3所示：

图3一相接地时的中性点经消弧线圈接地系统

2.1消弧线圈的工作原理

     系统正常运行时，由于三相电压、电流对称，中性点对地电位为0，线圈上电压为0，线圈中没有电流流过。

当系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流IC与流过线圈的电感电流IL之和。

由于IC超前UC90°，而IL滞后UC90°，IC与IL相位相反，在接地点相互补偿。

只要消弧线圈电感量选取合适，就会使接地电流减小到小于发生电弧的最小生弧电流，电弧就不会产生，也就不会产生间歇过电压。

2.2消弧线圈的补偿方式

      根据消弧线圈中电感电流对接地电容电流的补偿程度不同，可以分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。

2.2.1全补偿：

     当IL=IC（ωL=1/3ωC）时，接地点的电流为O，这种补偿称全补偿。

从补偿观点来看，全补偿应该是最好的，但实际上不采用这种方式。

因为系统正常运行时，各相对地电压不完全对称，中性点对地之间有一定电压，此电压可能引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘。

2.2.2欠补偿：

     当IL＜IC，即感抗大于容抗时，接地点尚有未补偿的电容电流，这种补偿称欠补偿。

这种补偿方式也很少采用。

因为在欠补偿运行时，如果切除部分线路（对地电容减小，容抗增大IC减小），或系统频率降低（感抗减小IL增大，容抗增大IC减小），都有可能使系统变为全补偿，出现电压串联谐振过电压。

2.2.3过补偿：

     当IL＞IC即感抗小于容抗时，接地点出现多余的电感电流，这种补偿称过补偿。

过补偿可以避免出现上述的过电压，因此得到广泛应用。

因为IL＞IC，消弧线圈留有一定的裕度，也有利于将来电网发展。

采用过补偿，补偿后的残余电流一般不超过5～10安培。

运行实践也证明，不同电压等级的电网，只要残余电流不超过允许值（6KV电网，残余电流≤30A、10KV电网，残余电流≤20A、35KV电网，残余电流≤10A）接地电弧就会自动熄灭。

     中性点经消弧线圈接地系统，与中性点不接地系统一样，当发生单相接地故障时，接地相电压为零，三个线电压不变，其他两相对地电压也将升高[KF（]3[KF）]倍。

因此，发生单相接地故障时的运行时间也同样不允许超过2h。

配电网中性点接地方式的分类和特点

2007/05/1810:

57A.M.

1、我国城乡配电网中性点接地方式的发展

建国初期，我国各大城市电网开始简化电压等级，将遗留下来的3kv、6kv配电网相继升高到10kv，解放前我国城市配电网中性点不接地、直接接地和低电阻接地方式都存在过，上海10kv电缆配电网中性点不接地、经电阻接地、电抗接地三种方式并行至今，北京地区10kv系统中性点低电阻与消弧线圈并联接地，上海35kv系统中性点经消弧线圈和低电阻接地2种方式并行至今。

但是，从20世纪50年代至80年代中期，我国10~66kv系统中性点，逐步改造为采用不接地或经消弧线圈接地两种方式，这种情况在原水利电力部颁发的《电力系统过电压保护设计技术规程SDJ7-79》中规定得很明确。

20世纪80年代中期我国城市10KV配电网中，电缆线路增多，电容性电流相继增加，而且运行方式经常变化，消弧线圈调整存在困难，当电缆发生单相接地故障时间一长，往往发展成两相短路。

从1987年起，广州娶庄变电站为满足较低绝缘水平10KV电缆线路的要求，采用低电阻接地方式，接着在近20个变电站推广采用了低电阻接地方式，随着深圳、珠海和北京的一些小区，以及苏州工业园20KV配电网采用了低电阻接地，90年代上海35KV配电网也全面采用小电阻接地方式。

20世纪90年代对过电压保护设计规范（SDJ7-79）进行了修订，并已颁布执行，在新规程中，有关配电网中性点接地方式的修改主要有以下几点：

1）原规程中规定3~10KV配电网中单相接地电容电流大于30A是才要求安装消弧线圈，新的规程将电容电流降低为大于10A时，要求装消弧线圈。

2）根据国内已有的中性点经低电阻接地的运行经验，对6~35KV主要有电缆线路构成的系统，其单相接地故障电流较大时，中性点经低电阻接地方式作为一种可选用的方案列入了新规程。

3）对于6KV和10KV配电系统以及厂用电系统，单相接地电流较小时，将中性点经高阻接地也作为一种可选择的方案，列入了新规程。

4）现有的有关规程对消弧线圈的应用的规定，仅适用于不带电调整分接头，不能自动调节的消弧线圈。

这种消弧线圈存在以下问题:

A调整不方便，必须退出后才能调分接头；

B判断困难，因为没有实时监测电网容性电流，无法对运行状态作出准确判断，因此很难保证失谐度和中性点位移电压满足要求；

C随着电网规模的扩大，如果电网运行方式经常改变，要求变电站实行无人值班，手动的消弧线圈不可能始终运行在最佳档位，消弧线圈的补偿作用不能得到充分发挥，也不能总保持在过补偿下运行。

近年来，一些科研及生产厂研制生产的自动跟踪补偿的消弧线圈，其电感值的改变方式大致可分为调匝式、调气隙、磁阀式、高短路阻抗变压器式和调容式等类型，这些产品在电力系统的推广应用，逐步取得了一定运行经验。

2、电网接地方式的分类

电力系统的中性点接地方式指的是变压器星型绕组中性点与大地的电器联结方式。

由于对各种电压等级电网的运行指标要求日益提高，电力系统中性点接地方式的正确选择具有越来越重要的实际意义。

按照中性点接地方式的不同可划分为两大类：

大电流接地方式和小电流接地方式。

简单的硕大电流接地方式就是中性点有效接地方式，包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。

小电流接地方式就是中型点非有效接地方式，包括中性点不接地、高阻接地、经消弧线圈接地等。

在大电流接地系统中发生单相接地故障时，由于存在短路回路，所以接地电流很大，会启动保护装置动作跳闸。

在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。

这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。

3、各种运行方式的特点

1）大电流接地系统

A发生单相接地故障时，接地电流很大；

B为避免损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，供电可靠性低；

C对系统绝缘性能要求可相应降低；

2）小电流接地系统

A发生单相接地故障时，运行系统短时间带故障运行；

B对减少用户停电时间非常有意义；

C系统带故障运行，容易引发各类过电压，危害绝缘，严重时可发展成单相永久性接地或两相故障；

中性点不接地方式，集中性点对地绝缘，结构简单、运行可靠，不需要任何附加设备，投资小，适用于农村10KV架空线路的辐射形或树形的供电网络。

采用中性点经消弧线圈接地的方式，在系统故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点电流减小到自行熄灭的范围，可带故障运行2小时。

中性点经电阻接地方式，该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压有一定的优越性。

在中性点经电阻接地方式中，电阻值一般较小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，可有的控制在100A左右，通过接地电流来启动零序保护动作，切出故障线路。

小电流接地系统单相接地故障判断和处理

2007/05/1908:

37A.M.

    1系统接地的特点  

    电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统（包括直接接地，电抗接地和低阻接地）、小电流接地系统（包括高阻接地，消弧线圈接地和不接地）。

我国3～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地系统。

    在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时性故障，多发生在潮湿、多雨天气。

发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h，这也是小电流接地系统的最大优点。

但是若发生单相接地故障时电网长期运行，因非故障的两相对地电压升高31/2倍，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。

还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。

同时弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。

因此，值班人员一定要熟悉接地故障的处理方法，当发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除。

    2故障现象分析与判断  

（1）完全接地。

如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压，此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。

（2）不完全接地。

当发生一相（如A相）不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地，中性点电位偏移，这时故障相的电压降低，但不为零。

非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压。

电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。

    （3）电弧接地。

如果发生A相完全接地，则故障相的电压降低，但不为零，非故障相的电压升高到线电压。

此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。

    （4）母线电压互感器一相二次熔断件熔断。

此现象为中央信号警铃响，打出“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。

处理对策是退出低压等与该互感器有关的保护，更换二次熔断件。

    （5）电压互感器高压侧出现一相（A相）断线或一次熔断件熔断。

此时故障相电压降低，但指示不为零，非故障相的电压并不高。

这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。

互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。

对策是处理电压互感器高压侧断线故障或更换一次熔断件。

    （6）串联谐振。

由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁心的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。

可通过改变网络参数，如断开、合上母联断路器或临时增加或减少线路予以消除。

    （7）空载母线虚假接地。

在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号。

但当送上一条线路后接地现象会自行消失。

    （8）绝缘监测仪表的中性点断线时电网发生单相接地。

三相电压正常，接地信号已发出。

这是由于系统确已接地，但因电压表的中性点断线，故绝缘监测仪表无法正确的表示三相电压情况。

此时电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。

    （9）绝缘监测继电器接点粘接，电网实际无接地。

接地信号持续发出，三相电压正常，而查找系统无接地，因为绝缘监测继电器接点粘接，未真实反映电网有无单相接地。

处理对策是检查绝缘监测继电器有无接点粘接，若出现接点粘接更换绝缘监测继电器。

    3单相接地故障的处理步骤  

（1）发生单相接地故障后，值班人员应马上复归音响，作好记录，迅速报告当值调度和有关负责人员，并按当值调度员的命令寻找接地故障，但具体查找方法由现场值班员自己选择。

（2）先详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路接地的寻找。

    （3）分割电网，即把电网分割成电气上不直接连接的几个部分，以判断单相接地区域。

如将母线分段运行，并列运行的变压器分列运行。

分网时，应注意分网后各部分的功率平衡、保护配合、电能质量和消弧线圈的补偿等情况。

    （4）再拉开母线无功补偿电容器断路器以及空载线路。

对多电源线路，应采取转移负荷，改变供电方式来寻找接地故障点。

    （5）采用保护跳闸、重合送出的方式进行试拉寻找故障点，当拉开某条线路断路器接地现象消失，便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器、隔离开关、穿墙套管等设备做进一步检查。

    （6）当逐路查找后仍未找到故障线路，而接地现象未消失，可考虑是两条线路同相接地或所内母线设备接地情况，进行针对性查找故障点。

变电所值班员按规定顺序逐条选切线路，应特别注意切每条线路时绝缘监视装置三相对地电压表指示的变化，若全选切一遍，三相对地电压指示没有变化，说明不是线路有单相接地故障，是变电所内设备接地。

若全选切一遍三相对地电压指示有变化时，应考虑有两条配电线路同相发生单相接地（含断线）故障。

    （7）两条线异名相接地。

这种故障多数发生在雷雨、大风、高寒和降雪的天气，主要现象是同一母线供电的两条线同时跳闸或只有一条线跳闸，跳闸时电网有单相接地现象。

若两条线都跳闸，电网接地现象消除，或两条线只有一条跳闸，电网仍有接地现象，但单送其中一条时电网单相接地相别发生改变，这是判断的必要依据。

    4处理单相接地故障的要求  

（1）寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。

当设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。

（2）为了减少停电的范围和负面影响，在寻找单相接地故障时，应先操作双回路或有其它电源的线路，再试拉线路长、分支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路，然后试拉线路短、负荷重、分支少、用点性质重要的线路。

双电源用户可先倒换电源再试拉。

专用线路应先行通知或转移负荷后再试拉。

若有关人员汇报某条线路上有故障迹象时，可先试拉这条线路。

    （3）若电压互感器高压侧熔断件熔断，不得用普通熔断件代替。

必须用额定电流为0.5A装填有石英砂的瓷管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量，具有限制短路电流的作用。

    （4）处理接地故障时，禁止停用消弧线圈。

若消弧线圈温升超过规定时，可在接地相上先作人工接地，消除接地点后，再停用消弧线圈。

    5结束语  

    经过以上分析可看出，当小电流接地电网发生故障时，运行人员通过绝缘监视装置的报警及仪表指示，就能分析判断出故障的性质从而及时排除故障，确保电网正常安全地运行。

    为了减少单相接地故障给电网运行带来的不良影响，值班人员应熟悉有关运行规程，了解设备的运行状况，提高处理问题的能力，出现故障时要沉着冷静认真分析，正确判断并避免故障发展，尽快恢复对用户供电。

同时，还要提高配电线路检修人员的技术水平，积极改善设备的运行条件，加强配电线路的检修、维护管理，提高设备的绝缘水平。

小电流接地系统的接地选线热

[作者：

张 鑫,王海民 | 转贴自：

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2008-8-29 | 文章录入：

imste   2008年 第 4 期]

                                      （锡林郭勒电业局,内蒙古锡林浩特026000）

摘要：

文章介绍了小电流接地系统的特点,结合锡林郭勒地区电网的实际应用对小电流接地系统绝缘监察及选线装置的原理、特点进行了论述。

关键词：

小电流接地系统；绝缘监察；接地选线

中图分类号：

TM75S 文献标识码：

C 文章编号：

1007—6921（2008）04—0096—02

     35kV及以下系统通常采用中性点不接地或经消弧线圈接地系统，该系统正常运行时，三相对地电压等于相电压。

发生单相接地时，接地相对地电压小于相电压，其它两相对地电压大于相电压。

接地点流过较小的电容电流，因此称此系统为小电流接地系统。

小电流接地系统最大的优点是发生单相接地故障时，并不破坏系统电压的对称性，且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h。

但长期运行，由于非故障的两相对地电压升高倍，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。

同时，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。

因此，当发生单相接地故障时，必须及时找到故障线路予以切除。

小电流接地系统发生单相接地故障时会出现零序电流及零序电压，通过检测不同的量就构成了技术特点不同的小电流接地系统绝缘监察及选线装置。

目前，小电流接地信号及选线装置的设计判据主要有以下几种：

1反映零序电压的大小；2反映工频电容电流的大小、方向；3反映零序电流有功分量；4反映接地时5次谐波分量；5反映接地故障电流暂态分量首半波；6信号注入法；7群体比幅比相法等，本文对锡林郭勒地区电网的小电流接地系统绝缘监察及选线装置谈些认识。

1小电流接地系统发生单相金属性接地时的特点

     ①电网各处故障相对地电压均为零，中性点对地电压值为相电压，未故障相对地电压升高到相电压的倍，即等于线电压；电网中会出现零序电压，零序电压大小等于电网正常工作时的相电压。

②故障线路与非故障线路出现零序电流，故障线路零序电流3I大小等于所有非接地线路零序电流之和，电容性无功功率的方向为线路流向母线；非故障线路零序电流大小等于本线路对地电容电流，其电容性无功功率的方向为母线流向线路。

③非故障线路的零序电流超前零序电压90°；故障线路的零序电流滞后零序电压90°，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反，相位相差180°。

④接地故障处的电流大小等于所有线路（包括故障线路和非故障线路）的接地电容电流的总和，并超前零序电压90°。

2利用电压互感器构成的绝缘监察装置

     锡林浩特一电厂、二电厂及锡林郭勒地区电网早期投运的35kV变电站、110kV变电站，均采用了这种绝缘监察装置。

该装置利用接于公用母线的三相五柱式电压互感器，其一次线圈及主二次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。

接成星形的二次线圈供电给绝缘监察用的电压表、保护及测量仪表；接成开口三角形的二次线圈供电给绝缘监察继电器。

正常情况下，系统三相电压对称，三相电压之和为零，二次每相绕组电压100V，开口三角每相绕组电压是100/3V，两端电压接近于零，电压继电器不动作。

当发生单相接地故障时，一次故障相电压降为0，非故障相电压升高到线电压。

二次故障相电压降为0其他两相绕组升高到100V，三个电压表中故障相电压表指示为0，另两相指示线电压，由此得知故障相开口三角绕组电压降到0，其他两相升高到100/V，三角形开口两端电压升高到100V，加在电压继电器上的电压由正常时的0V升高到100V，电压继点器动作发出预告信号。

     这种绝缘监察装置投资小，接线简单，操作及运行维护方便；其缺点是只能判断某一电压等级系统有接地，而不能指出故障点所在的线路，所以为了找出故障点，运行人员必须依次短时断开各条线路开关，这样影响了非故障线路的连续供电。

近年来随着经济的快速发展，该种无选择性的绝缘监察装置已不适应城乡经济对供电可靠性的要求。

锡林郭勒地区电网早期投运的变电站已开始逐步改造，这种绝缘监察装置将逐渐退出使用，被具备选线功能的微机选线装置所替代。

3具有选线功能的微机选线装置

     近年来随着电力科技的发展，在综合自动化变电站中小电流接地系统应用了独立的小电流接地选线装置，小电流接地系统的选线问题一直是近年电力系统的一个难题，反映单一判据的选线装置运行中经常发生误判。

目前在技术上日渐成熟的市场上形成主导产品的小电流接地系统选线装置多采用“相对原理”、“多重判据”构成，多重判据即为用二种及以上原理为判据，增加可靠性和抗干扰性能力，减少受系统运行方式、长短线、接地电阻等的影响。

目前选线装置主要基于零序功率方向原理，零序电流的幅值原理等。

锡林郭勒地区电网近年来新投运和改造的几座综合自动化变电站中均使用了独立的微机选线装置，220kV锡林浩特变电站、明安图变电站、温都尔变电站使用了BW-ML196H型微机选线装置；110kV东郊变电站使用了MLX－620型微机选线装置；西郊变电站使用了 DF3285型微机选线装置；220kV元上都变电站及即将投运的10kV明珠开闭站使用了HY-ML2000型微机选线装置，根据实际运行情况这些装置运行安全可靠，故障选线基本准确。

下面以河北博为BW-ML196H型微机选线装置和北京华星HY-ML2000型小电流接地系统保护装置为例对微机选线装置原理、功能及特点进行介绍。

     河北博为BW-ML196H型微机选线装置采用谐波分析法，结合暂态过程的小波分析法与稳态过程的零序能量法，采用微机实现智能选线方法，消谐采用数字技术提取谐振时零序电压的振幅、频率特征控制触发可控硅导通。

其工作原理如下：

当小电流系统发生单相接地时，故障线零序电流为其它非故障线零序电流之和，原则上