、前言
文献[1]中规定:“3kV~10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路当单相接地故障电容电流超过10A,3kV~10kV电缆线路当单相接地故障电容电流超过30A,又需在接地故障条件下运行时,应采用消弧线圈接地方式”。该标准还规定:“6kV~35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统,单相接地故障电容电流较大时,可采用低电阻接地方式,但应考虑供电可靠性要求,故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。”
单相接地故障电容电流较大时,一般采用中性点经消弧线圈接地或经电阻接地。在我国城市配电系统中,全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过 30 A时采用中性点经电阻接地;全架空线路出线变电站的单相接地故障电容电流超过10A时采用中性点经消弧线圈接地,一般是没有争议的。但是,对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电流超过10A时,采用何种方式接地一直存在着2种意见——采用中性点经消弧线圈接地和采用中性点经电阻接地。
目前,苏州市新区220kV狮山变电站10kVⅠ段和Ⅱ段母线单相接地故障电容电流分别为 41和63A,装设了2台72.9A的消弧线圈。1999年11月1日实测电容电流时发现10 kV刀段消弧线圈电流为72.9 A时,中性点电位升高,不得不使Ⅱ段消弧线圈处于欠补偿状态运行,但当发生单相接地时单相接地故障电容电流仍较大。110W何山变电站10kV!段母线单相接地故障电容电流为45A,10kVⅡ段、Ⅲ段母线(为 2号变压器所供)单相接地故障电容电流为31A(均不包括用户电缆的电容电流),都没有消弧线圈。如果运行方式改变,由1号主变带I段、Ⅱ段母线或任何一台主变带所有10kV线路时单相接地故障电容电流都大大超过文献[1」中规定的电流值(10A)。
二、分析
确定配电系统中性点的接地方式,应从供电可靠性、内过电压、对通信线的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。
1、供电可靠性
单相接地故障可分为永久性故障和非永久性故障,若在电缆与架空线混合线路电缆上发生永久性故障,一般是电缆本体或终端、中间接头击穿;若发生在架空线上,一般为绝缘子碎裂、绝缘导线断线或外物碰及裸导线等。对于永久性接地故障,都应停电排除故障后恢复供电。在中性点经消弧线圈接地时可短时(不超过2 h)带故障运行,但是小接地电流系统中确定单相接地线路的“自动选线装置”在消弧线圈补偿后往往不准,只能试拉线路确定故障线路,试拉时实际上已对很多用户(往往是数条线路上的用户)短时停电。确定某条线路为接地故障后仍旧要停电,只是可在停电前转移负荷或通知用户,但也仅局限于重要用户。在发生单相接地时,另外两相电压升高,可能会发生其他电缆的另一相接地故障。1999年10月7日,狮山变的乐园线C相接地(系用户启动电抗器对地放电),引起商城线B相永久性接地,经查为电缆B相对地击穿。万一线路上单相接地引起过电压致使变电站母线故障,将扩大停电范围(上海、北京都发生过类似事故)。发生非永久性单相接地故障,只会在架空线路的裸导线处,一般是雷击时绝缘子对地闪络或刮风时树枝碰线;在中性点经电阻接地时,线路将跳闸。但是狮山变和何山变的10kV出线分别为 66.6 km和41 km,其中电缆分别为 41.4 km和 31.2 km,架空线为 25.2 km(绝缘导线 22.4 km,裸导线 2.8 km)和 9.8 km(绝缘导线 8.3 km,裸导线 1.5 km),裸导线线路只占4.25%和3.67%,发生非永久性单相接地故障的概率是很低的。据现有资料统计,自1998年1月1日以来狮山变和何山变的出线没有发生过裸导线非永久性单相接地故障。
现在城市配网系统已逐步形成手拉手、环网供电网络,一些重要用户由两路或多路电源供电,对用户的供电可靠性不再是依靠允许系统带着单相接地故障维持Zh来保障,而是靠加强电网结构、调度控制和配网自动化来保证。
2、内过电压
中性点经电阻接地可降低单相接地工频过电压,而且能迅速切除故障线路,工频电压升高持续时间很短,这对干有累积效应的电缆绝缘有利,也为氧化锌避雷器的安全运行创造了良好条件。
弧光接地过电压影响范围大、持续时间长,对设备绝缘有较大的威胁。在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中,弧光点燃和熄灭过程中会产生严重的弧光接地过电压。武高所与广州供电局在区庄变的模拟试验显示,弧光接地过电压最大可达最高工作相电压峰值的4.76倍;中性点经电阻接地后,电弧点燃和熄灭过程中积聚的多余电荷可通过电阻泄漏入地,中性点电位很快衰减,所以重燃产生的过电压幅值明显降低,区庄变在接地电阻为10Ω时弧光接地过电压只有最高工作相电压峰值的1.52~l.89倍。
在中性点不接地系统中,由于电磁式电压互感器(配电系统中都采用此种互感器)的励磁电感和线路的对地电容形成非线性谐振回络,在特定情况下引起分频、工频或高频铁磁谐振过电压。在PT中性点串电阻、PT二次开口三角绕组接入消谐器等的效果并不显著,仍经常发生PT熔丝熔断、PT过热烧毁等。在中性点经电阻接地后谐振无法产生,所以这是消除铁磁揩振过电压最有效的措施。
断线谐振过电压也是电力系统中较为常见的。配网中性点不接地系统发生断线时,配电变压器的铁芯电感与线路对地电容组成的串联回路在特定条件下会发生谐振,产生过电压。1999年8月14日,狮山变的佳合线由于925开关前引线接地发生谐振,故障录波器上查得母线Ub=12 9.9 V。北京供电局曾在方庄变10kV系统做过断线谐振过电压的试验,接地于负荷侧,过电压为 3.8 pu,中性点经电阻接地谐振自行消除;接地于电源侧时,出线开关零序保护动作,可见中性点经电阻接地可防止断线谐振过电压。
3、对通信线的干扰
配电网接地故障电流以及正常运行时的零序电流,都会对通信线产生影响,具体表现为对通信线的杂音干扰和电磁危险影响。
配电线路对通信线的杂音干扰与两线路间的距离有关,苏州市新区通信线路均为电缆,这些通信电缆有静电屏蔽层,线芯又以不同的节距扭绞成对,抗干扰能力较强,按规定可不必考虑中性点经电阻接地时配电线路对通信线路的杂音干扰。
按苏州市规划局的要求,电力电缆与路灯电缆、自来水管道在马路的一侧,通信电缆与煤气管道在马路的另一侧。据广州供电局实测估算,电力电缆与通信电缆在马路两侧敷设时,当零序电流为1kA、平行1km,其电磁感应约30V,按我国原四部协议规定,感应电压一般规定不超过 430 V,故允许平行长度可达14.3 km,因而在苏州市新区是不会有问题的。