中性点可变电阻接地系统及运行方法技术方案

本发明专利技术的中性点可变电阻接地系统克服了中性点不接地、经消弧线圈接地、经低电阻接地和经高电阻接地方式的缺点，保留了中性点不接地、经消弧线圈接地、经低电阻接地和经高电阻接地方式的优点，实现了以往任何一套接地装置均不能完全实现的功能，可应用于电力系统和石油、化工、冶金、电气化铁路、矿山、军工、机场、港口、广播电视等所有企业供电系统，及风力、火力、水力及光伏发电联网系统。应用方式，接入变电站各配电电压级中性点或接入人为制造中性点。

【技术实现步骤摘要】
中性点可变电阻接地系统及运行方法
本专利技术涉及电力系统和工业企业供电系统过电压事故防护领域，特别涉及了中性点可变电阻接地系统及运行方法。
技术介绍
长期以来，工业企业供电系统和部分电力系统因谐振过电压、工频与高频弧光接地过电压、系统中性点电位偏移等造成的设备绝缘击穿、短路烧损、跳闸断电事故不计其数，严重时亦导致电缆火灾、设备爆炸或人身伤亡事故，给国家、企业造成了巨大的直接和间接经济损失。综合分析其事故原因与配电网中性点接地方式密切相关，接地方式不同则安全运行效果完全不同。即中性点接地方式不合理，决定了事故的必然性，尤其不利于重要负荷连续供电。因此，配电网中性点接地方式是关系到供电可靠性的重大技术原则问题。国内配电网目前采用的接地方式110KV系统为直接接地、66KV系统为消弧线圈接地、35KV、10KV、6KV系统为消弧线圈接地或不接地或低电阻接地或高电阻接地。从供电连续性、可靠性、过电压幅值、对谐振的抑制水平、对高频和工频弧光接地过电压的抑制水平、接地选线的准确性、对通讯的影响和跨步电压与人身安全以及是否发生多点故障发生率、电缆火灾等综合因素比较各种不同接地方式的优缺点如下：1、中性点不接地系统(中性点经避雷器接地同属于不接地系统)优点：①节省接地装置投资②在工频电容电流和谐波分量较小的系统当发生单相接地时能持续运行一段时间(2小时)③电网发生单相接地故障时稳态工频电流小如雷击绝缘闪络瞬时故障可自动清除，无需跳闸。④接地电流小，降低了地电位升高。减小了跨步电压和接触电压；减小了对信息系统的干扰；减小了对低压网的反击等。缺点：①弧光接地过电压倍数高，易扩大事故。过电压持续时间长，遍及全网，其接地电弧(工频、高频)均存在多次重燃问题，使过电压与振荡频率持续升高，危害设备绝缘。在小于0.02秒的时间内即可能扩大为多点故障甚至发生电缆火灾。电弧重燃时的电压幅值和震荡频率随重燃次数的增加而升高。如图1所示，Ls为电源变压器漏感，Co相对地电容，Ios故障点的振荡电流。电感和电容构成的振荡回路其振荡频率为：其过电压Uov＝Ust+Uos式中：Uov为过电压；Uos为振荡电压；Ust为最后稳定电压当出现第二次重燃时，振荡频率：振荡电压幅值：式中Uosm为振荡电压Uos的幅值过电压第三次重燃时：............即接地电弧每经过半个周波再次重燃时，过电压持续升高，直至击穿另一相或两相绝缘，短路烧毁设备为止。②易发生谐振过电压，且无抑制措施③受谐波影响大，无抑制措施，加大事故概率④中性点位移电压偏高，自身无法抑制。这种接地方式有着节省投资的优点，但其缺点也是致命的，对于谐振过电压和弧光接地过电压无任何限制措施，只能任其发展，使损坏设备、断电停产事故成为必然。2、中性点经消弧线圈接地优点：①中性点经消弧线圈接地与中性点不接地相比是一大进步，可以补偿工频电容电流至较小值的方式减少高幅值过电压发生概率。②当系统发生单相接地时，能带一点接地持续运行2小时。③可降低发生分频谐振过电压概率。缺点：①绝缘配合裕度低。消弧线圈接地系统的稳态过电压达到3.2PU，与设备的3.5PU的绝缘强度相比，绝缘配合裕度小，故障概率自然较高，如消弧线圈接地系统的诸多绝缘击穿事故即如此；②无法抑制高频电弧重燃。间歇性弧光接地过电压主要来自两方面：一是工频电弧重燃；二是高频电弧重燃。对于6～10kv系统而言，当系统对地工频电容电流不超过30A时，一般不产生连续电弧重燃，但高频电流则不同，即使1A电流亦要产生连续电弧重燃，且受谐波相互作用影响，高频电流在重燃过程中会迅速放大，甚至成为主体成分。即消弧线圈只能限制工频电弧重燃而不能限制高频电弧重燃，无法从根本上消除弧光接地过电压，如以往诸多企业消弧线圈接地系统中发生的电弧重燃烧损和击穿绝缘事故；③对断线谐振过电压抑制效果相对较差，由于大工业企业工艺特点，设备启停操作频繁，每次操作分闸或事故跳闸都产生不同程度的谐振过电压，严重时对系统危害大，如中性点经消弧线圈接地的冶金企业等较高的绝缘击穿事故率即如此；④对铁磁谐振的抑制效果比电阻接地差；而铁磁谐振和参数谐振是概率较大谐振；⑤补偿调谐滞后，遇有突发性谐振时失控即谐振频率超过200HZ/S时易死机或失控。⑥导致电网中性点位移电压高，不利于系统安全，虽然国标技术规范对消弧线圈提出了限制条件，但实际运行中的事故仍时有发生如三相电压不平衡，伤害偏高相绝缘，导致电动机、发电机和电容器故障等；⑦对系统发生单相接地时，产生的5次零序谐波电流无法限制，只能任其发展；⑧系统内有谐波时相互影响，当电网谐波达到一定分量时，消弧线圈接地系统发生单相金属接地时的中性点电压UO必然也包含谐波成分，以A相接地为例，如图2所示，即UO＝Ua＝U1+U2++…+Un+…(1-1)相应的接地电流中必然也包含谐波成分，第n次谐波电流含有率Icn取决于谐波电压含有率Un。忽略L0的影响，Icn近似值为：Icn≈n×Un(1-2)。以5次谐波为例，当5次谐波电压含有率Un为5.0％时，相应5次谐波电流含有率为Ic5≈5×5％＝25％，可见较低含量的谐波电压将产生n倍的较高谐波电流含量。当系统对地电容较大或谐波次数较高时，由于系统阻抗L0的存在，接地谐波电流会出现比较明显的容升放大现象甚至趋于谐振。根据式(1-2)计算，在3.5％的5次谐波电压下，5次谐波电流含有率Ic5理论上应为5×3.5％＝17.5％，实测值当对地电容在30μF及以下时为20％左右，与忽略L0影响的理论值比较接近，但随着对地电容的继续增大，尽管系统背景谐波含量没有增大，但实测谐波电流含量出现明显放大趋势，与忽略L0影响的理论值偏差越来越大。可见当对地电容较大或谐波次数较高时，不能忽略系统谐波阻抗L0对谐波的放大作用。相反，消弧线圈在高频的谐波电压下呈现高阻抗，相应第n次谐波电流含有率ILn为ILn＝(1/n)Un(1-3)，即使在Un＝5％的5次谐波电压下，消弧线圈补偿电流中的5次谐波电流含有率ILn仅达到1％，对谐波接地电流的补偿作用可忽略不计。理论及实测表明，消弧线圈对工频接地电流补偿效果良好，但对接地电流中的谐波部分基本没有补偿效果，当电网明显存在谐波时，接地残流以谐波为主，极易超过10A的标准限值，当对地电容较大及谐波污染严重时，残流甚至可超过30A。由此可见，DL/T1057-2007标准对接地残流限值为≤10A，一般厂家产品残流限值多为≤5A，电容电流测量误差≤2％。实际上在系统存在谐波的情况下是无法达到的，可能严重超标。消弧线圈接地系统的工作原理为谐振接地，谐振点接近工频50Hz，其工作原理决定了对高频谐波电流无补偿能力。因此对有谐波的系统明显不适应。⑨系统负荷增容时不适应，即消弧线圈亦需增容，额外增加备件费用等等。3、中性点经低电阻接地优点：①能将弧光接地过电压将至2.5PU，绝缘配合裕度较好。②永久性接地时选线准确，可令接地故障线路立即跳闸。缺点：①供电连续性较差，单相接地立即跳闸，不利重要负荷的供电连续性；②因人为加大电流的原因，易将即刻自动消除的瞬时接地演变为跳闸断电。若要延时、则将发生故障点较大的烧损；③对谐振抑制不彻底，因低电阻为次阻尼或无效阻尼电阻。4、中性点经高阻尼电阻接地优点：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.中性点可变电阻接地系统，其特征在于，主要由第一电阻器（1）、第二电阻器（2）、接地变压器（3）、数字测控装置（4）、第一电流互感器（5）、第二电流互感器（6）和断路器（7）组成，其中接地变压器（3）与第一电阻器（1）连接，另经过断路器（7）与第二电阻器（2）连接；数字控制装置（4）分别与第一电流互感器（5）和断路器（7）的操作机构连接；第一电阻器（1）与第一电流互感器（5）经过磁路连接，第二电阻器（2）与第二电流互感器（6）经过磁路连接。

【技术特征摘要】
1.中性点可变电阻接地系统，其特征在于，主要由第一电阻器（1）、第二电阻器（2）、接地变压器（3）、数字测控装置（4）、第一电流互感器（5）、第二电流互感器（6）和断路器（7）组成，其中接地变压器（3）与第一电阻器（1）连接，另经过断路器（7）与第二电阻器（2）连接；数字控制装置（4）分别与第一电流互感器（5）和断路器（7）的操作机构连接；第一电阻器（1）与第一电流互感器（5）经过磁路连接，第二电阻器（2）与第二电流互感器（6）经过磁路连接。2.根据权利要求1所述的中性点可变电阻接地系统，其特征在于，所述第一电阻器（1）为高阻尼电阻器，所述第二电阻器（2）为低值电阻器。3.根据权利要求2所述的中性点可变电阻接地系统，其特征在于，其对电容电流的适用范围为IR：Ic≤1：5.67。4.根据权利要求2所述的中性点可变电阻接地系统，其特征在于，第二电阻器（2）为低值电阻器，其电阻值的选择以满足零序保护选择性和减小烧损为原则。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟声，王君超，曹峻峰，黄贺，王立英，韩长亮，胡言思，杨杰，
申请(专利权)人：大连依诺维电气有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21