较小,降低绝缘水平成为一个相对次要的因素,主要矛盾则转化为单相接地故障电流的危害性,包括供电可靠性、人身与设备安全性,以及对通信干扰等问题的考虑。所以中压配电网接地方式的选择一般采用中性点非有效接地方式即小电流接地方式。在我国配电网中,66kV和 35kV电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式,3kV~10kV电网则以中性点不接地方式为主,个别地区如上海以及北京、广州等的部分城市电网采用小电阻接地方式。
在小电流接地系统中,由于中性点非有效接地,当系统发生单相短路接地时,单相短路接地故障将不会形成大电流的回路,故障电流主要由线路对地电容提供。这个电流在数值上是很小的。对于10kV架空线路来说,每30公里线路产生大约1安培的零序电流。电缆线路产生的零序电流稍大一些。这样微弱的故障信号混杂在上百安培的负荷电流中,使得准确找出故障线路成了一个技术难题。
通过对小电流接地系统的单相接地故障机理分析,我们发现虽然接地电流数值上很小,但各线路电容电流的分布具有一定的规律性,所以通过这种可循的规律性就可以依据一定的选线原理确定出故障线路。
2.2 小电流接地系统不同接地方式的比较
2.2.1 中性点不接地方式
中性点不接地系统,实现起来简单,不需要在中性点接任何装置。发生单相接地故障时,其接地电流很小,而且不会破坏系统的对称性,故一般允许其带故障继续运行1~2小时。由于单相接地时故障点电流很小,跨步电压和接触电压都较低,使人身伤亡显著降低,邻近通信线路干扰较小。
但它存在较严重的缺点:
1) 发生间歇电弧接地时,会产生高幅值过电压; 2) 在单相接地的暂态过程中,会产生较大的过电流。 中性点不接地系统发生单相接地时的特点为:
1) 中性点不接地系统发生单相接地后,故障相对地电压为零,非故障相对地电压为电网线电压。整个系统将出现零序电压,零序电压由零上升至电网正常工作时的相电压,电网中各处的零序电压基本相等,线电压仍然保持对称;
2) 故障线路和非故障线路上均会出现零序电流,非故障线路的零序电流数值上等于本线路对地电容电流,方向由母线流向线路,故障线路的零序电流数值
上等于所有非故障线路的零序电流之和,方向由线路流向母线;
3) 所有非故障线路的零序电流的相位相同,超前于零序电压90度;故障线路零序电流的相位滞后零序电压90度;即故障线路零序电流与非故障线路零序电流相位相差180 度。
中性点不接地电网中单相接地的电流为电容电流,对于规模不大的3~35kV电网,该电流只有几个安培,单相接地实际并不影响向用户供电,因为线电压三角形没有改变,从减少跳闸次数保证连续供电来看,采用中性点不接地方式是合理的。
2.2.2 中性点经消弧线圈接地方式
对于出线较多,线路长度较长,或者包含大量电缆线路的系统,当其电容电流超过一定数值时,单相接地故障时电弧不易熄灭,这时应采用中性点经消弧线圈接地的方式运行。消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈,当发生单相接地时,可形成与接地电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流,从而使接地处的电流变得很小或接近于零。
中性点经消弧线圈接地故障时,整个系统也出现数值为电网正常运行时的相电压的零序电压,并且故障线路和非故障线路上均会出现零序电流,非故障线路的零序电流在数值上等于自身线路对地电容电流,方向由母线流向线路,故障线路的零序电流数值上等于所有非故障线路的零序电流与电感电流之和,方向不定,视补偿电流大小而定,如果线路零序电流谐波分量方向均流向母线,则为母线接地。由于接地点残流很小,故很难检测出故障线路。
中性点经消弧线圈接地的系统,其消弧线圈通常安装于各枢纽变电所内,接在零序电抗小、零序漏磁通小的变压器中性点上或接地变压器中性点上且消弧线圈处于过补偿状态,使得故障时电弧重燃的次数大为减少,从而使高幅值的过电压出现的概率减小。
2.2.3 中性点经电阻接地方式
中性点经电阻接地分为高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地三种方式。中性点电阻的值,从不同角度考虑差别很大,可归纳为三种取值原则:
(1) 限制间歇电弧接地过电压;
(2) 限制单相接地电流使其小于三相短路电流;
(3) 限制通信干扰。 此种接地方式的优缺点是:
1) 可以降低单相接地时非故障相的过电压以及抑制弧光接地过电压,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) 接地时,由于流过故障线路的电流较大,可以比较容易地检出故障线路;
3) 有利于消除谐振过电压和断线过电压,避免使单相接地发展为相间故障;
4) 当发生单相接地故障时,无论是永久性的还是非永久性的,均作用于跳闸,使线路的跳闸次数大大增加,降低了供电可靠性。
2.3 小电流接地系统不同接地方式的故障分析
2.3.1 中性点不接地方式的故障分析
中性点不接地(绝缘)是指中性点没有人为与大地连接。经电位指示装置或测量装置或其它高阻抗接地除外。事实上,这样的电网是通过电网对地电容接地。
中性点不接地系统发生单相接地故障分析:
电力系统中性点对地绝缘,即为典型的不接地系统,如果发生单相接地,若不记元件对地的电容,那么接地电流为零,不影响对用户供电。
实际上各元件对地都存在电容,特别各相导体之间及相对地之间都存在沿全线路均匀分布的电容。为了讨论方便,认为三相是对称的,并用集中电容代替分布电容,各相之间的电容对我们讨论的问题没有影响,可以作为三相对称的电容负载处理,这样就可把三相中性点不接地系统单相故障等值简化成图2.1。
图2.1中性点不接地系统单相接地图
Fig 2.1 Single-Phase Permanent earthing in isolated neutial system
正常运行时,各相对地电压是对称的,中性点对地电压为零,电网中无零序电压。由于各相对地电容相同,在相电压的作用下,各相电容电流相等并超前于相电压90?。这时,无论采用三角形接法或星形接法,线电流中不存在零序分量,相电压和零序电流的向量图,如图2.2.1所示。
当发生单相接地故障后,三相电路的对称性受到破坏,故障点就出现明显的不对称,当A相发生单相接地故障后,A相对地电压变为零,其对地电容被短接,而B相和C相对地电压升高,对地电容电流相应增大。过渡接地点f的电流为所有线路电容电流的总和,系统电容电流的分布和向量图,如图2.2.2所示。
图2.2.1相电压和零序电流的向量图
Fig 2.2.1 Vector diagram of Phase voltage and zero-sequence current
图2.2.2系统电容电流的分布向量图
Fig 2.2.2 Vector diagram of capacitance current of system
当发生金属性接地(即Rf?0)故障时,为了便于分析,下面仅考虑故障线路。显然从图2.2中可以看出: