《配電網技術導則》接地方式的規范

2019-02-27 16:06 來源:《電力設備市場》雜志 打印 掃碼手機看

  

  侯義明

  (中國電力科學研究院, 北京市 100192)

  一、概述

  導則編制的支撐研究

  2015年,國家電網公司運維檢修部根據國網公司配電網發展形勢出發,從強化配電網技術路線頂層設計,深入研究制約配電網安全可靠、經濟高效運行的關鍵技術問題出發,成立了專家組和4個研究小組,對配電網歷史遺留難題進行了研究梳理。專家組和4個研究小組對配電網技術難題進行了研討論證,形成4個方面13個專題報告,為導則的修訂提供技術支撐。(其中包括中性點接地方式專題)。

  《導則》主要修訂內容

  本標準將適用范圍由城市配電網進一步擴展至全部城鄉配電網,區分A+、A、B、C、D、E類規劃供電區域,按照差異化、可升級原則設定目標網架,按照一步到位原則確定主干線截面、開關等設備選型,接地方式較原標準主要變化情況有:

  1.  進一步明確網架結構,規劃A+、A、B、C類供電區域架空線路以“三分段、三聯絡”為目標網架,D、E類地區可為三分段單輻射、三分段單聯絡,通過增加聯絡向目標網架發展過渡;電纜網以單環網、雙環網為目標網架,可由雙射、對射向雙環過渡,架空線入地改造應按電纜網目標網架建設。

  2. 設備選型一步到位,如:規劃A+、A、B類地區,架空線路主干線導線截面選擇240或185 mm2,C、D類地區主干線導線截面選擇≥120  mm2,E類地區主干線導線截面選擇≥95 mm2;中低壓混凝土電桿均按非預應力選擇,對于山區等交通不便地區可選用輕型高強度電桿、組裝型桿等。

  3.  改進小電流接地系統單相接地故障處理技術原則,上世紀70年代借鑒前蘇聯經驗確定的可運行2小時原則,經參考日本、法國等發達國家經驗,修改為在躲過瞬時接地故障后,快速就近隔離故障原則,即由“2小時運行+接地選線”改為“選段跳閘”。在具備條件的單位按不同技術路線分區域試點后,穩步向公司系統推廣。

  4.  降低短路電流水平,經前期調研發現目前開關開斷電流由攀比性增大趨勢,參考日本(12.5千安)、美國(10千安以下)等發達國家經驗,將變電站10千伏母線短路電流水平由09版的20、25千安降低至16、20千安,避免因盲目增大短路電流水平帶來大量配網開關設備投資的浪費,同時提出針對性措施降低母線短路電流。

  5.  優化農村低壓漏電保護安裝位置,鑒于農村第三級漏保(家保)安裝及可用率較低的情況,將農村低壓二級漏電保護安裝位置明確為用戶計量表箱內表計后,經調研發現可大幅提高漏保的投運率,降低農村低壓觸電風險。

  二、中壓配電網中性點接地方式現狀

  目前,國網公司系統10千伏、35千伏配電網中性點主要有不接地、經消弧線圈接地和經低電阻接地三種方式。具有10千伏出線的變電站共20375座(母線38727條),有35千伏出線變電站共9038座(母線15873條);其中有20152座變電站(占68.5%)10千伏、35千伏中性點采用不接地方式,8297座變電站(占28.2%)采用消弧線圈接地方式,964座變電站(占3.3%)采用低電阻接地方式。

  1、中性點接地方式基本情況

  2、單相接地故障判斷原理

  經理論計算、試驗及實際運行經驗均證明:單相接地發生時,中性點偏移電壓與三相電壓偏移的軌跡是以接地故障相的正常相電壓幅值為直徑的半圓(見圖),并且隨接地電阻的增大,偏移點趨向中性點。當零序電流以容性  電流為主時,該軌跡為右半圓。按順時針方向,該軌跡半圓的前1/3為低阻  故障接地區;中1/3為中阻故障接地區;后1/3為高阻故障接地區;當無接地時,可視接地電阻無窮大,此時,三相電壓和中性點電壓的偏移均為零,系 統恢復正常。

  3、消弧線圈的運行管理亟待加強

  消弧線圈從1917年投入運行以來,迄今已有100年的應用歷史,中壓電力系統運行經驗表明,中性點采用經消弧線圈接地方式優點非常顯著。

  3.1 提高電力系統供電可靠性 ;

  3.2 發生永久性接地故障時不間斷供電 ;

  3.3 對配電網中的電氣設備有保護作用 ;

  3.4 降低了接地工頻電流。

  但在消弧線圈的運行管理還存在一些問題亟待加強。

  4、 消弧線圈在運行管理中的問題

  4.1  消弧線圈運行規程不規范,尤其是對自動補償消弧裝置沒有統一的運行規程和管理規范。在運行日志上少有消弧線圈工作狀況記錄,沒有接地電容電流值。

  4.2 消弧線圈生產廠家對用戶培訓不足,變電運行人員不知道怎么觀察消弧線圈正常工作狀態。

  4.3  由于運行人員對消弧線圈的作用理解不夠,消弧線圈所起的作用沒有明顯的看到,另外在正常情況下消弧線圈的運行與否對電網的運行沒有影響,所以對消弧線圈的運行狀況監視不夠。

  4.5 消弧線圈的正常運行率不高

  在變電站經常看到消弧線圈是在停運或故障狀態。如在西北某城市,有8個變電站配有消弧線圈,但有5個就運行不正常或停運狀態。

  在中原某城市不到1/3的變電站裝消弧線圈,本人去了兩個有消弧線圈的變電站,消弧線圈補償都不正常。

  在南方某城市一個變電站居然將消弧線圈的接地點不是接到地網上,而焊接在水泥基礎的鋼筋上。

  有的盡管在運行狀態,但是測量的電容電流不正確,或誤報接地故障太多。

  4.6 城市電網入地率提高,接地電容電流成倍增加

  電力系統有關規程規定:消弧線圈的容量應根據系統5~10年的發展規劃。但由于近年來城市電網的改造,配合城市建設,大量的架空線入地,有的城市要求市區電網入地率要達到80%,隨著電纜長度日益增加,接地電容電流迅速增大,

  如某變電站,2002年中測電容電流為38安培,按每年增加10%,這樣設計的消弧消弧線圈容量最大補償電流65安培。但在2003年年初安裝消弧線圈時發現電容電流已經增加到60安培。

  4.7 消弧線圈備用容量裕度小,不能滿足電網發展

  由于電纜的大量增加,電容電流成倍增加。這樣設計的消弧線圈容量不能滿足要求,因此需要對消弧線圈進行增容改造。但是由于種種原因,況且離開消弧線圈暫時還不影響電網的運行,消弧線圈增容改造不及時,配電網的消弧線圈又不能欠補償運行,這樣當消弧線圈容量不足時,也造成消弧線圈不能充分發揮作用的原因。

  如某變電站,安裝的消弧線圈補償容量80A,實際電容電流已經達到了120A。已經是在欠補償狀態,設備處于停運狀態。

  4.8 接地變壓器容量問題

  由于消弧線圈在接地時只工作兩個小時為充分利用接地變壓器的過載能力,可以降低造價,這樣有的消弧線圈生產廠家生產的接地變壓器容量等于或小于消弧線圈的容量。如有的接地變壓器容量只有消弧線圈容量的80%(這是IEC標準容許的)。有些廠家接地變壓器帶有站用變,但接地變壓器的容量只等于消弧線圈的容量,而沒有考慮站用變壓器容量和接地變壓器本身的損耗。

  4.9 接地變保護整定設置不合理影響消弧線圈運行

  由于用戶對接地變壓器處于過載設計不十分清楚,接地變壓器的保護定值按接地變壓器的容量設置,這樣當出現金屬性接地時接地變壓器就出現過電流跳閘。但接地變壓器需帶有站用變,只得將消弧線圈退出運行,這樣消弧線圈起不到補償電容電流的作用。

  5、正確理解消弧線圈的作用

  消弧線圈接在中性點和大地之間,以減少發生單相接地故障時的接地電容電流,促成接地點電弧熄滅,以防止電弧重燃而發展成為相間短路或燒毀電氣設備。任何產品在應用方面都有它的局限性,要正確地理解消弧線圈的在單相接地故障時的作用,應該充分發揮其功能,回避和限制其帶來的問題。

  消弧線圈只能限制過電壓補償工頻電容電流

  消弧線圈在發生單相接地故障時,可降低高幅值過電壓出現的概率但并不能消除間歇性電弧過電壓,尤其是接地瞬間電弧過電壓。

  消弧線圈可使發生接地故障時燃弧時間大為縮短,減少重燃的次數,達到熄滅電弧的目的,而不能根除接地電弧的產生。

  消弧線圈在單相接地故障時只能補償接地電容電流中的工頻分量,而不能補償殘流中的諧波分量。

  消弧線圈在單相接地故障時只能補償接地電流中的無功分量(電容電流),不能補償接地殘流中的有功分量。

  三、《配電網技術導則》接地的相關規范

  1、《導則》改進了中壓配網接地故障處理的技術原則

  改進小電流接地系統單相接地故障處理技術原則,上世紀70年代借鑒前蘇聯經驗確定的可運行2小時原則,經參考日本、法國等發達國家經驗,修改為在躲過瞬時接地故障后,快速就近隔離故障原則,即由“2小時運行+接地選線”改為“選段跳閘”。在具備條件的單位按不同技術路線分區域試點后,穩步向公司系統推廣。

  2、提出按供電分區宜采用的中性點接地方式

  中性點接地方式

  2.1中性點接地方式選擇應根據配電網電容電流,統籌考慮負荷特點、設備絕緣水平以及電纜化率、地理環境、線路故障特性等因素,并充分考慮電網發展,避免或減少未來改造工程量。

  2.2  35kV、10kV配電網中性點可根據需要采取不接地、經消弧線圈接地或經低電阻接地;220V/380V配電網中性點采取直接接地方式。各類供電區域35kV、10kV配電網中性點接地方式宜符合下表的要求。

  2.3

供電區域

中性點接地方式

低電阻接地

消弧線圈接地

不接地

A+

A

B

C

D

E

  3、提出10kV中性點接地方式選擇的原則

  按單相接地故障電容電流考慮,10kV配電網中性點接地方式選擇應符合以下原則:

  a)單相接地故障電容電流在10A及以下,宜采用中性點不接地方式;

  b)單相接地故障電容電流超過10A且小于100A-150A,宜采用中性點經消弧線圈接地方式;

  c)單相接地故障電容電流超過100A-150A以上,或以電纜網為主時,宜采用中性點經低電阻接地方式;

  d)同一規劃區域內宜采用相同的中性點接地方式,以利于負荷轉供。

  4、配電網中性點接地方式選擇及絕緣配合

  主要適用范圍:

  不接地方式:電容電流小于10A

  消弧線圈接地方式:電容電流大于10A且小于150A

  小電阻接地方式:電容電流大于150A

  絕緣配合:

  不接地方式:絕緣水平大于3.5 p.u.

  消弧線圈接地方式:絕緣水平大于3.2 p.u.

  小電阻接地方式:絕緣水平大于2.5 p.u.

  注:由于消弧線圈只能補償電容電流的工頻無功分量,而不能補償諧波分量和有功分量,當電容電流大于150A時,接地故障時諧波分量和有功分量將超過10A,不能有效熄弧。

  5、強調消弧線圈接地方式應遵循的原則

  采取消弧線圈接地方式,需符合以下原則:

  a) 消弧線圈的容量選擇宜一次到位,不宜頻繁改造;

  b) 采用具有自動補償功能的消弧裝置,補償方式可根據接地故障診斷需要,選擇過補償或欠補償;

  c) 正常運行情況下,中性點長時間電壓位移不應超過系統標稱相電壓的15%;

  d) 補償后接地故障殘余電流一般宜控制在10A以內;

  e) 采用適用的單相接地選線技術,滿足在故障點電阻為1000Ω以下時可靠選線的要求;

  f) 一般C、D類區域采用中性點不接地方式時,宜預留變電站主變壓器中性點安裝消弧線圈的位置。

  6、強調就近快速判斷和隔離永久性單相接地故障

  不接地和消弧線圈接地系統,中壓線路發生永久性單相接地故障后,宜按快速就近隔離故障原則進行處理,宜選用消弧線圈并聯電阻、中性點經低勵磁阻抗變壓器接地保護、穩態零序電流象限判別、暫態零序信號判別等有效的單相接地故障判別技術。配電線路開關宜配置相應的電壓、電流互感器(傳感器)和終端,與變電站內的消弧、選線設備相配合,實現就近快速判斷和隔離永久性單相接地故障功能。

  7、提出了低電阻接地方式應遵循的原則

  10kV中性點采用低電阻接地方式時,應符合以下原則:

  a) 采用中性點經低電阻接地方式時,應將單相接地故障電流控制在1000A以下;

  b) 中性點經低電阻接地系統阻值不宜超過10Ω,使零序保護具有足夠的靈敏度;

  c) 如采用中性點經低電阻接地方式,架空線路應實現全絕緣化,降低單相接地故障次數;

  d)  低電阻接地系統必須且只能有一個中性點低電阻接地運行,正常運行時不應失去接地變壓器或中性點電阻;當接地變壓器或中性點電阻失去時,主變壓器的同級斷路器應同時斷開;

  e) 選用穿纜式零序電流互感器,從零序電流互感器上端引出的電纜接地線要穿回零序電流互感器接地。

  注:1、低電阻接地系統的中性點接地電阻阻值的選擇,應確保跨步電壓和接觸電壓滿足B50065的要求,同時應使零序保護具有足夠的靈敏度;

  2、強調采用穿纜式零序電流互感器,而不是三相合成零序電流。

  8、提出了接地方式改造為低電阻的技術要求

  消弧線圈改低電阻接地方式一般技術要求:

  a) 饋線設零序保護,保護方式及定值選擇應與低電阻阻值相配合;

  b) 低電阻接地方式改造,應同步實施用戶側和系統側改造,用戶側零序保護和接地應同步改造;

  c) 10kV配電變壓器保護接地宜與工作接地分開,間距經計算確定,防止變壓器內部單相接地后低壓中性線出現過高電壓;

  d) 宜根據電容電流數值并結合區域規劃成片改造。

  注:配電變壓器保護接地采用總等電位連接系統(含建筑物鋼筋的)時,可與工作接地共用接地網,否則應與工作接地分開設置,間距經計算確定。

  四、 作者簡介

  侯義明,1981年中國電力科學研究院研究生畢業,中國電力科學研究院教授級工程師。享受國務院特殊津貼;研究領域為配電網規劃與運行、分布式電源并網、微電網及智能化相關技術等。IEEE  高級會員;IEEE P2030.3  儲能系統接入電網測試標準工作組負責人;亞洲開發銀行清潔能源基金中國項目特聘專家。主要從事電力系統自動化和智能配電網的研究工作,多次獲得國家、電力部和國家電網公司科技進步獎,近年來發表和出版多篇論文和專著。參加多個國家電網公司智能電網試點的規劃設計和示范工程。主持制定了多個國家、電力行業、國家電網公司配電網技術、規劃和智能配電網相關標準;目前正在主持智能電網國際標準IEEEP2030.3的制定工作;參與制定《城市電力規劃規范》國家標準的修訂;正在主持起草3個微電網的國家標準。

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