电力外线的接地系统

电力外线的接地系统（精选9篇）

电力外线的接地系统 第1篇

直流电源有正极和负极,正负极间电压值为220V,且要求误差在±10%以内。两极间通过阻值相同的大电阻R1和R2相连,R1和R2之间经过直流接地信号继电器K接地。正常情况下,R1=R2,正母线对地电阻R+等于负母线对地电阻R-,则由R1、R2、R+、R-和K构成的电桥处于平衡状态,K不发直流接地信号,一旦正极或负极发生接地,则电桥平衡被打破,K发出直流接地信号。如图1所示。

2直流接地造成的误动或拒动

当直流系统一极发生接地故障时,断路器一般不会发生误动或拒动的情况,除非断路器跳合闸线圈的动作电压过低或直流系统对地电容过大。但是如果此时不进行处理,若再发生另一点接地,则极有可能造成断路器的误动或拒动。如图2所示,当B点接地以后,如果A点再次发生接地,则TQ动作,断路器误动。当B点接地以后,如果C点再发生接地,则当TJ动作后,TQ不动作,断路器拒动。

TQ断路器分闸线圈 TJ保护跳闸出口接点 R跳闸线圈分压电阻

3造成直流接地的因素

造成直流接地的原因多种多样,常见原因有电缆或元器件老化、设备密封不严 或密封圈 老化、接线端子 箱漏雨、老鼠啃食等。以下再简述3种需特别关注的造成直流接地的因素。

(1)防雨罩:变压器非电量保护中,重瓦斯保护直接作用于跳闸,无任何闭锁措施,是主变主保护之一。由于瓦斯继电器装设在变压器本体上,天长日久,日晒雨淋,外壳非常容易老化,造成密封不严、进水,极有可能导致主变非电量保护误动作。因此,加装防雨罩非常必要。

(2)挤压、摩擦:设备内部二次线因捆扎不紧或过长而下垂,接触到刀闸或断路器内部的传动杆等活动部件,被挤压破损,造成直流接地;设备内部二次线布局不合理,因而接触到机构柜门的把手或其他经常活动的部件,这会使二次线经常受到摩擦,绝缘破损,造成直流接地。安装和验收人员应关注此类情况,及时处理。

(3)加热器:端子箱、刀闸开关机构内部都装有供加热驱潮用的加热器,如果加热器装设的位置不合理,就会直接烘烤二次线,造成二次线绝缘加速老化或直接熔化,从而导致直流接地。应调整加热器安装位置,使其远离二次线。

4 2种瞬时直流接地的情况

(1)跨大电阻接地:某站因一台断路器的储能行程接点和储能接触器励磁线圈之间的二次线绝缘破损造成直流接地,由于储能接触器励磁线圈电阻很大,此时虽然直流系统的电桥平衡遭到破坏,但直流接地信号继电器所承受的电压值不足以使其动作,故不报直流接地信号。但是当断路器经操作弹簧能量降低后,储能行程接点动作闭合,正电源端经此接点直接接地, 直流系统的电桥平衡遭到严重破坏,直流接地信号继电器动作发出直流接地信号。此类接地不易察觉,只有在断路器储能过程中才会有直流接地信号,而且夹杂在断路器储能和控制回路断线等信号中,储能完毕后直流接地信号就会消失。这就需要变电站的值班人员认真查看微机后台的报文。

解决办法:观察直流 接地信号 夹杂在哪 些信号中,用1 000V摇表对相应回路进行绝缘检查,有此类接地问题的回路接地电阻远小于规定值,一般只有几十千欧。

(2)近年来重合闸使用方式的改变也会造成瞬时直流接地故障:220kV线路保护是双重化配置,直流系统也是双重化配置(图3中101、102为Ⅰ段直流电源,201、202为Ⅱ段直流电源),就重合闸而言,一直以来都是使用其中一套保护(保护A) 的重合闸功能,另一套保护(保护B)的重合闸功能退出,由保护B判断对保护A的重合闸进行启动还是闭锁。近年来,随着保护双重化配置的完善,重合闸回路也改变为两套保护的重合闸动作接点并联去驱动操作箱重合闸继电器,即出现了两套保护重合闸功能同时使用的情况。

改变前:保护B端子排处无101、047回路,保护B重合闸接点不使用,跳闸接点正端与重合闸接点正端有连接片。

改变后:保护B端子排布局并未改变,连接片本应取消,但设备出厂时该连片都未取消(已经在3~4个变电站调试时发现此连片),增加101和047回路,使用保护B重合闸接点,形成如图3右侧所示的回路(虚线代表连接片)。

CHJ操作箱重合闸出口继电器 CHA保护 A 重合闸动作接点 CHB保护 B重合闸动作接点 TQ断路器第二组跳闸线圈 TJ保护 B跳闸接点

问题的发现:在线路保护带断路器调试传动过程中,监控后台收到保护B保护动作、重合闸动作信号,同时收到Ⅰ段直流接地和Ⅱ段直流接地信号,且直流接地信号出现不久就会消失。

问题的解决:因为每次直流接地信号都是与保护动作和重合闸动作信号同时出现,故对保护的跳闸回路和重合闸回路进行检查,发现保护B端子排处的连接片。

分析:当保护B动作时,TJ动作闭合,由于连接片的存在, 101通过TJ和TQ与202接通;当保护B重合闸动作时,201通过CHB和CHJ与102接通。这两种情况均打破了两段直流系统的电桥平衡,故发出直流接地信号。

(1)和(2)中的直流接地现象都是瞬时的,存在时间不长, 不易被发现。但是,如果这种瞬时接地现象发生时变电站内存在另一点接地,就会形成如前所述的两点接地情况,很有可能造成运行断路器的误跳闸。这就需要相关专业人员对监控后台信号认真观察,一旦发现此种情况就及时进行处理。同时, 施工调试人员在新设备投运前一定要对其进行严格的绝缘检查,并重视对两段直流电源间混电现象的检查,将危及电网稳定的危险消除在萌芽状态。

5结语

直流电源在变电站内部应用极广,不可或缺,相关回路数以万计,一旦某一处发生接地就可能对电力系统造成极大的危害。因此,我们在直流电源的设计、安装、验收、运行、维护等方面都要加大力度,严防造成直流接地的因素存在,以保证电力系统的安全稳定运行。

摘要：简要介绍了直流系统的构成,分析了直流正极或负极接地进而两点接地对电力系统造成的影响,并根据多年工作经验,提出了3种需特别关注的造成直流接地的因素以及2种不易被发觉的瞬时直流接地的情况。

浅析电力系统接地故障的判断与措施 第2篇

【关键词】火力发电厂；电力系统；接地故障；防范处理；安全管理

【Abstract】Thermal power is still one of the current major power generation， power system if a ground fault occurs， the normal operation of the plant will bring a very negative impact. Therefore， the article FAQ thermal power plant power system ground fault summarizes， for a ground fault detection methods and the corresponding precautions have been summarized and elaboration of corresponding measures and treatment of various types of faults should be taken summarized Finally， power plant safety measures put forward opinions and suggestions and hope for the normal operation of the future power plant maintenance of power systems and provide some help and reference.

【Key words】Thermal power plant；Power system；Ground Fault；Preventive treatment；Safety Management

1. 火力发电厂电力系统接地故障

火力发电厂属于电力建设的一部分，因为直流电源的运行和维护既方便又安全可靠。因此，火力发电厂都是选择直流电源作为控制电源，为电气、热工系统、电磁操作机构、照明装置等提供源源不断的电源，具有很高的稳定性。然而，由于直流电源应用范围广、设备多等因素的影响，有时发生电力系统接地故障也是不可避免的。因此，我们从电力系统接地故障的常见问题、相应的检测方法以及检测的注意事项作了如下的归纳和总结：

1.1 常见问题。

（1）首先，电阻性单点接地引起的接地电阻值降低，当低于直流系统的预定值，电力绝缘检测装置就会立即发出接地告警。可以通过绝缘检测仪检测出是哪一个支路上有接地，技术人员可以根据所给出故障范围进行查找并排除。通常情况下，电阻性单点接地是不会对设备正常运行立即产生影响的，但必须马上处理，否则容易引起两点接地事故的发生。

（2）其次，多点经高阻接地，致使总接地电阻慢慢下降，当电阻值低于电力系统设定值时，电力绝缘检测装置发出接地警报，即表示出现了多点接地。对每一条支路的接地电阻都要进行检测，通过比较电阻值来排查和明确出现故障的接地支路，再进行处理。

（3）再次，就是多分支接地的问题，正、负电源接地是由多个电源点造成的，利用拉路法进行排查时，只断开一条支路的情况下，其他支路上仍然存在接地点，对地的电压没有变化，这种情况需要从整个系统中将直流系统解列出来，然后再排查故障点。

（4）最后，就是非线性电阻接地，在二次回路中，半导体材料引起的接地故障，电阻随电压的方向和大小发生改变，并不表现为线性的特征，这种情况下若发生了接地警报，通常就是金属性单点接地了。

1.2 检测方法。

火力发电厂电力系统接地故障的检测方法有拉路法、直流接地故障查找仪、直流母线电桥法和信号注入法等。

（1）拉路法要求直流接地回路瞬间要将电源断开，来确定接地点所发生的回路，但由于直流系统不可随意停电，所以现在一般不建议使用拉路法排查接地故障。

（2）直流接地故障查找仪，它是在接地母线与大地间加入一个超低频信号，电流方向是沿着接地点方向流动，所以当发现电流消失或者是电阻土壤加大的地方，就可以判断此处即为接地点。此仪器不受电容的干扰，不需要断电，因此应用逐渐广泛，替代了拉路法。但它要求有电流方向，所以不能够检测多点接地和正、负极等电阻接地。

（3）直流母线电桥法是应用较多的方法，即在母线中加入电阻来建立平衡的电桥，在正常情况下，电桥保持平衡；当有接地故障发生时，电桥就不再平衡，就会有电流通过继电器，由此可以判断接地故障电极的方向。此方法所用的检测装置既简单又经济，但需要注意以下两点：一是在检测装置运行中，桥臂电阻一般很难达到一致，所以所测得的值难免会存在一定的误差；二是继电器要有足够大的电阻值，以便降低电流，进而避免其他继电器的误动。

（4）信号注入法，即向故障母线与地直接注入低频信号，利用钳形电流检测仪检测低频信号，来排查接地点。此种方法的优点是不需要停电即可对接地故障进行检测，缺点是其灵敏性极易受分布电容的影响。

1.3 注意事项。

在检查了线路和设备不是因为进水、受潮或是金属生锈等环境因素而发生接地故障后，还需要注意在利用拉路法时，在瞬断直流电源前，需要征得相关部门的同意，而且动作要快，时间最好不超3s，在观察接地现象时，还要根据综合信号、光字牌以及监察表等的情况做出判断。还要注意不要在负荷高峰时排查接地故障，避免因人为因素引起短路或是多点接地的现象。要根据电路图纸进行拆线、接线，并注意做好相应的标记，防止出现差错。若是利用仪器进行检查，需要2人以上才可进行，且都必须穿戴绝缘靴和绝缘手套，以防止发生触电等意外情况，做好安全监护。查找故障时还应按照先观察信号和照明再进行操作处理、先排查室外后排查室内的原则。而且，还要关注设备的运行情况，防止和杜绝出现设备发热烧坏、保险熔断等现象。

1.3.1 电力系统接地故障的处理。

对于雨水受潮而引起的瞬间接地故障，可以直接复归位信号；若检查结果是电压互感器发生接地情况，只需要切断连接，通常将PT小车拉出柜外，就切断了电压互感器；若是由于直供用户产生的接地故障，在排查到故障点后，就要与直供用户及时地进行联系，并要求切断故障点；在通过各种方法检测后，发现是支路产生的接地故障，一般情况下，只要对发生故障的支路系统进行停电处理即可。然而如果是多点发生接地故障，就要综合多方面因素，考虑并研究出处理办法，不可盲目地进行处理。在接地故障发生后，要及时地进行排查、汇报调度，相关部门要及时拿出解决方案和应急预案，还应总结经验教训，防止类似事件再次发生。

1.3.2 建立安全管理措施。

为了维护火力发电厂的安全生产，需要建立一套安全管理措施。首先是人的管理。对于维护电力系统设备运行的人员要进行岗前培训，加强他们的安全管理意识，提高他们的业务水平，规范工作人员的职责，要求他们做到爱岗敬业，严格执行操作规范。同时，对于电力系统设备要进行定期的检测与维护，对于有问题的设备要及时地进行维修，对于可能存在隐患的设备要及时上报登记，制定应急预案并及时排除。当电力系统中存在有两组及以上的蓄电池组时，通常要采取分段母线的运行方式，这样可以提高电力系统的可靠性和安全性，有效地保证系统的正常运行。同时，还要注意电力系统设备周围的环境，要保持环境卫生的清洁，对设备上的灰尘及时地清理，防止灰尘、粉尘等进入设备，影响设备的正常运转，而且还要注意防水、防潮等工作。还要注意设备的运行环境温度等变化，防止因环境温度过高导致设备发热、甚至烧坏等，要建立良好的运行环境，保障电力系统设备的正常运转，减少故障的发生，保障电厂工作有条不紊地进行。

2. 结束语

随着现代化的发展，我国的电力行业也得到了快速的发展，火力发电行业尽管面临着环保、运输等多方面的问题，但目前仍然是我国最主要的发电方式之一。目前，发电厂的电力系统逐渐向超高压、大容量的方向发展，因此，对电力系统要求越来越高，这就需要准确而且迅速对电力系统接地故障进行定位，并及时给予修缮和维护，以保障电力系统的安全稳定运行，为火力发电厂的安全生产保驾护航。

参考文献

[1] 赵天宏.浅谈电厂直流系统接地故障分析与处理[J].水电站机电技术，2012，35（4）：81～83.

[2] 刘杰.试论火力发电厂直流系统接地故障分析及处理[J].山东工业技术，2014（22）：2010～211.

[3] 顾忠裕.火力发电厂直流系统接地的故障分析及处理[J].电子世界，2012（17）：55～56.

[4] 郭宝冬，孙修敬.火力发电厂电力系统接地故障的判断与处理[J].电子制作，2013（23）：206.

电力系统接地保护分析 第3篇

1 接地的概念及分类

为满足电气装置和系统的工作特性和安全防护的要求, 将电气装置和系统的任何部分与土壤间做良好的电气连接, 称为接地[1]。接地按用途不同有工作接地、保护接地和保护接零之分:

1.1 工作接地。

为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地 (如系统中变压器中性点的接地) , 称为工作接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地, 在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

1.2 保护接地。

将电气装置的金属外壳和架构 (在正常情况下不带电的金属部分) 与接地体 (接地极) 之间作良好的金属连接, 因为他对间接触点有防护作用, 故称作保护接地。如TT系统和IT系统。

1.3 保护接零。

由于保护接地具有一定的局限性, 所以常采用保护接零。即对间接触点进行防护, 将电气装置的外壳和架构与电力系统的接地点 (如接地中性点) 直接进行电气连接, 如TN系统。

2 接地方式

目前我国低压配电接地方式有TN系统、TT系统和IT系统[2], 具体如下:

2.1 TN系统

TN系统为电源变压器中性点直接接地, 用电设备金属外壳采用保护导体 (PE) 或保护接地中性导体 (PEN) 与变压器中性点相连接。它又分为三相五线制中性线与保护导体分开的TNS系统、三相四线制中性线与保护导体合一的TNC系统及混合的TN-C-S系统。

2.2 TT系统

通常称TT系统为三相四线接地系统。系统电源端直接接地, 电气设备金属外壳接至与电力系统接地点无关的接地体, 即接地制。TT系统多用于低压共用用户, 即用于未装配电变压器的外面引进低压电源的小型用户, 以及有抗干扰要求的用户。TT系统的特点是N线与PE线无一点电气连接, 即中性点接地与PE线接地是分开的。只有单相接地故障时, 由于保护接地灵敏度低, 故障不能及时切断, 设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统, 也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位。从目前的情况来看, 由于公共电网的电源质量不高, 难以满足设备的要求, 所以TT系统很少被现代化建筑采用。

2.3 IT系统

IT系统是三相三线式接地系统, 该系统变压器中性点不接地或经1KΩ阻抗接地, 无中性线N, 只有线电压 (380V) , 无相电压 (220V) , PE线各自独立接地。最常用的安全措施是保护接地, 就是将设备金属外壳经接地线、接地体与大地紧密联接起来。该系统的优点是当一相接地时, 不会使外壳带有较大的故障电流, 系统可以照常运行。缺点是不能配出N线, 因此它是不适用于拥有大量单相设备的民用建筑。

3 接地措施

接地措施主要有以下五点:

3.1 安全保护接地。主要包括:为防止电力设施或电子电气设备绝缘损坏、危及人身安全而设置的保护接地。

3.2 系统接地。

这种接地给电路系统提供一个基准电位 (参考电位) , 同时也可将干扰引走。此种接地目的是为了抵制外部的干扰。

3.3 防雷接地。

为防止雷电过电压对人身或设备产生危害, 而设置的过电压保护设备的接地, 称为防雷接地, 如避雷针、避雷器的接地。

3.4 重复接地。

在低压配电系统的系统中, 为防止因中性线故障而失去接地保护作用, 造成电击危险和损坏设备, 对中性线进行重复接地。

3.5 屏蔽接地。为防止电气设备因受电磁干扰, 而影响其工作或对其他设备造成电磁干扰的屏蔽设备的接地。

4 电气保护中常见问题

4.1 一个供电系统内的用电设备既有保护接地, 又有保护接零, 这样重复接地不能提高用电设备安全可靠性。

重复接地的概念在电气接地保护安全技术规范中, 是指采用保护接零技术, 为防止零线断线失去保护功能而需要零线多点接地来保障, 保护零线这种多点接地方式为重复接地[3]。其次, 在电气接地保护安全技术规范中, 保护方式有两种:保护接地和保护接零。然而, 供电系统也有中性点接地与不接地系统之分, 其保护接地方式多适用于中性点不接地系统, 保护接零方式多适用于中性点接地系统。由此可见, 不同的保护方式适用不同的系统, 它们的保护原理和技术规范也不相同。

4.2 低压电力网不宜采用TN-C系统

低压电力线路改造中, 有的单位要求把电能表外壳与中性线连接在一起, 形成了TN-C系统。而TN-C系统只适合于有独立变压器且有电气专业人员维修的厂矿。低压电力网宜采用TT系统, 一般用户是不应采用TN-C系统的。

4.3 电气地不是单纯的大地, 与大地连接, 并非一定能实现接地保护功能。

电气地是指在电气接地保护安全技术规范中, 电气装置或设备因故障向大地泄放危害能量时, 能保障工作人员安全的无电位差的零电位地[4]。也就是说大地与电气地在物质形态上是相同的, 但安全防护功能条件是不相同的。接地保护功能在电气接地保护安全技术规范中, 是指通过具有技术标准的接地装置来实现安全保护功能。

4.4 减少金属材料的经济消耗不应依靠用电设备的串联接地。

要保障每个用电设备的工作可靠性, 就要减少用电设备的接线的复杂性, 避免干扰因素的复杂化。其次, 用电设备与接地装置相连, 是为了准确可靠的实现安全保护, 同时也反映接地装置的功能有效性。因此, 用电设备的使用安全, 预防触电事故是第一位的。

5 结论

接地保护看似简单却关系到人类生命财产安全的问题, 一定要引起重视, 主要可以从以下几点措施入手:a.降低漏电设备对地电压。b.降低三相不平衡时零线上出现的电压。c.当零线发生断线时, 减轻事故的危害性。d.缩短漏电事故时间。e.改善线路的防雷性能。总之, 一名合格的电气技术人员一定要注重电气安全技术规范, 强化坚持“安全第一、预防为主”的职业意识, 同时借助现代先进的微电子技术和计算机技术进一步严密电气安全技术, 保障电气接地保护安全技术的正确应用, 有效地检测电气接地保护装置的隐患。

摘要：接地保护是电气安全技术的重要环节, 文章综述了接地保护的概念、分类、方式及接地措施等问题, 并对电气接地保护中常见的错误应用进行了概括和分析, 以及对电气技术人员提出了建议。

关键词：电力,接地,接零,保护

参考文献

[1]梁颜富.浅谈电气设备接地保护[J].工艺与设备, 2009, 7:268-269.

[2]成海滨.中低压电配电网设备故障检修策略[J].科技资讯, 2010, 4:86-87.

[3]赵明华.浅谈供电系统的工作接地、接地保护与接零保护[J].煤矿现代化, 2009, 6:92-93.

电力系统中性点接地运行方式综述 第4篇

关键词：电力系统；中性点；运行方式；接地；继电保护

中图分类号：TM732文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0193-02

一、中性点的接地方式

目前处理中性点的方法有四种：中性点不接地运行方式；中性点经过消弧线圈接地运行方式；中性点经电阻接地运行方式；中性点直接接地运行方式。这四种接地运行方式各有各的利弊，从而也就有了各自的适用范围。下面分别对这四种方式进行论述。

二、三相电力系统中性点的运行方式

（一） 中性点不接地电力系统

在正常情况下，三相电路产生的三相电压对称。同时，在理想情况下，各相导线之间、导线与地之间的分布电容的大小也相等，所以三相导线的参数对称。设每相的对地电容都为C，所以在三相电压下产生的电流也是对称的，并超前相应电压90°，流过中性点的电流为零。A相、B相、C相对地电压都是相电压，A、B、C三相之间是线电压。

当C相接地时，C相对地电压就为零。此时A相对地电压是UA'，其大小等于A相与C相之间的电压，根据公式可得：

由此可见，单相接地时接地点的电容电流值是正常运行时一相对地电流的3倍。

电网在一相接地的状态下是不可以长期运行的。因为当发生一相接地短路时，电气设备和电缆上容易产生电弧。由于电弧会损坏电器设备，且可能引发二相或三相短路，因此仍是十分危险的，尤其是当接地处发生所谓的断续电弧，即周期性熄灭周期性复燃的电弧，它与电网振荡回路的相互作用可能引起相与地之间的谐振过电压。这种电压可以达到2.5～3倍的相电压，在绝缘相对薄弱的环节可能导致非接地相绝缘击穿，最终形成相间短路。

（二） 中性点经消弧线圈接地系统

消弧线圈是一个具有铁芯，铁芯带有气隙的可调电感线圈，接在变压器或发电机的中性点与地之间，其电阻很小，感抗很大。由图2可见，当发生单相接地时，流过接地点的电流是流过接地的电容电流IC和流过消弧线圈的电感电流IL之和。如图2所示，IC超前 UC90°而IL滞后 90°。因此流过接地点的电流将被大大的减小。

根据对电容电流的补偿程度分为3 种补偿方式。当IL=IC时，称为完全补偿；ILIC时，称为过补偿。

对于完全补偿，因为完全补偿时IL=IC，即IO=0，确实能很好的避免电弧的产生，但此时ω1＝1/3ωc。线路中将会产生串联谐振。由于串联谐振，在线路中会产生很高的电压降，造成电网中性点对地电压严重升高，这样可能会损坏设备的绝缘。因此这种补偿方式并不是最好的补偿方式。对于欠补偿方式，因为在欠补偿时，ILIC，在接地点的电流是电感性的。采用这种补偿方式，不会出现串联谐振情况，所以在实际运行中得到了广泛的应用。

然而，中性点经消弧线圈接地的电力系统与中性点不接地的电力系统一样，发生单相短路时，非故障相的对地电压要升高为原相电压的■倍，即成为线电压。

总之，当电网发生单相接地故障时，由于消弧线圈的存在使得流过中性点的电流为感性，对接地电容电流进行了补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧的范围。同时，当电流过零而电弧熄火后，消弧线圈也减少了故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能。

中性点经消弧线圈接地系统的同样存在一些缺点：

1．零序保护无法查出是哪条线路因接地而故障。

2．消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。

3．中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的可能性，不能彻底消除弧光接地过电压。

（三）中性点经电阻接地的电力系统

中性点经电阻接地系统，电阻与导线对地电容构成并联回路，由于电阻可以消耗能量，也可以降低发生谐振时的电压。由此可见，采用中电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用。

中性点电阻的阻值分为高电阻值、低电阻值和中电阻值三种情况。高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，当单相接地电容较小，故障不跳闸时，采用高电阻接地可以减少故障点的电压梯度、阻尼谐振过电压。中性点采用小电阻接地方式的特点是获得一个大的阻性电流叠加在故障点上，其优点是：（1）可以快速切除故障相线路，使过电压水平升的不至于太高，并防止谐振过电压，所以可采用绝缘水平较低的电缆和设备；（2）把异相故障的几率削减至最低限度。同时为采用简单的、有选择性和足够灵敏度的继电保护提供了可能性。为了克服低电阻接地的弊端而保留其优点，可以采用中电阻接地方式。中性点经中电阻接地，既可以降低发生谐振时的过电压，减小电流，也能在发生故障时迅速动作，防止故障的进一步扩大。

与中性点不接地电网相比，中性点经电阻接地电力系统有以下优点：（1）基本上消除了产生间歇电弧过电压的可能性，由于非故障相的过电压降低，发生异地亮相接地的可能性也随之减小；（2）单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制；（3）使故障线路的自动检出较易实现；（4）能预防谐振过电压的产生。

（四）中性点直接接地系统

中性点直接接地系统如图3所示。

中性点直接接地系统发生单相接地时，由于中性点接地的钳位作用，非故障相的相电压不会改变。因此按这种方式运行的系统，电气设备对地绝缘只需按相电压考虑。这对于110kV及以上的高压系统来说，由于会使绝缘造价降低的同时还改善了保护设备的工作特性，所以有很高的经济技术价值。而且在形成单相接地短路时，线路上会流过很大的短路电流， 使线路保护装置迅速动作，断路器跳闸切除故障，使系统的其他部分恢复正常运行。

中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时，非故障相对地电压不会增高，因而各相对地绝缘可按相对地电压考虑，降低了线路的造价。而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中， 单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。

中性点直接接地系统的缺点之一是一相短路电流太大，为了防止短路电流造成较大的损失，不允许电网继续运行，因此供电的可靠性不如小接地电流系统。同时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。此时容易发生触电伤害事故。另一个缺点是中性点直接接地系统单相接地发生故障时产生的接地电流较大，对通讯系统的干扰影响也大，特别是当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。

三、结语

这几种中性点接地的运行方式都各有利弊，而且在国内外都有不同的解释和应用，因此在实际应用中需要根据具体情况具体分析。对于电压等级较低的电网来说，大多数都采用中性点不接地运行方式。随着微机保护的推广应用，当3～10kV系统接地电流大于30A，20～63kV系统接地电流大于10A时，采用经消弧线圈接地的运行方式是比较妥当的。因为通过微机的控制，消弧线圈可以跟踪接地电流的变化而改变电感，达到最好的补偿效果。电压等级较高的电网一般采用直接接地的运行方式。因为中性点直接接地系统发生单相接地时，中性点对地电压为零，而且非接地相的相电压不会升高，绝缘容易实现。

参考文献

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[2]单渊达．电力系统基础[M]．机械工业出版社，2001．

[3]刘永红．电力系统中性点接地方式及其零序保护[J]．科技资讯，2008，（30）．

[4]刘长伟，曲桂华．电力系统中性点运行方式的探讨[J]．科技信息，2008，（9）．

[5]庾燕君．电力系统中性点采用中电阻接地方式的分析[J]．大众用电，2007，（7）．

[6]李福寿．中性点非有效接地电网的运行[M]．水利电力出版社，1993．

[7]邓小燕．浅析电力系统中性点运行方式[J]．科技创新导报，2008，（21）．

[8]宫毓．电力系统中性点运行方式探讨[J]．淮南职业技术学院学报，2005，（3）．

电力系统中的接地和接零 第5篇

保护接地是指将电力装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来, 以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害及对电器的损害。

1.1 保护接地的作用及其局限性:

在电源中性点不接地的系统中, 如果电力设备金属外壳不接地, 当设备带电部分某处绝缘损坏碰壳时, 外壳就带电, 其电位与设备带电部分的电位相同。由于线路与大地之间存在电容, 或者线路某处绝缘不好, 当人体触及带电的设备外壳时, 接地电流将全部流经人体, 显然这是十分危险的。采取保护接地后, 接地电流将同时沿着接地体与人体两条途径流过。因为人体电阻比保护接地电阻大得多, 所以流过人体的电流就很小, 绝大部分电流从接地体流过 (分流作用) , 从而可以避免或减轻触电的伤害。

从电压角度来说, 采取保护接地后, 故障情况下带电金属外壳的对地电压等于接地电流与接地电阻的乘积, 其数值比相电压要小得多。接地电阻越小, 外壳对地电压越低。当人体触及带电外壳时, 人体承受的电压 (即接触电压) 最大为外壳对地电压 (人体离接地体20m以外) , 一般均小于外壳对地电压。

从以上分析得知, 保护接地是通过限制带电外壳对地电压 (控制接地电阻的大小) 或减小通过人体的电流来达到保障人身安全的目的。

在电源中性点直接接地的系统中, 保护接地有一定的局限性。这是因为在该系统中, 当设备发生碰壳故障时, 便形成单相接地短路, 短路电流流经相线和保护接地、电源中性点接地装置。如果接地短路电流不能使熔丝可靠熔断或自动开关可靠跳闸时, 漏电设备金属外壳上就会长期带电, 也是很危险的。

1.2 保护接地应用范围:

保护接地适用于电源中性点不接地或经阻抗接地的系统。对于电源中性点直接接地的农村低压电网和由城市公用配电变压器供电的低压用户由于不便于统一与严格管理, 为避免保护接地与保护接零混用而引起事故, 所以也应采用保护接地方式。在采用保护接地的系统中, 凡是正常情况下不带电, 当由于绝缘损坏或其它原因可能带电的金属部分, 除另有规定外, 均应接地。如变压器、电机、电器、照明器具的外壳与底座, 配电装置的金属框架, 电力设备传动装置, 电力配线钢管, 交、直流电力电缆的金属外皮等。

在干燥场所, 交流额定电压127v以下, 直流额定电压110v以下的电气设备外壳, 以及在木质、沥青等不良导电地面的场所, 交流额定电压380v以下, 直流额定电压440v以下的电气设备外壳, 除另有规定外, 可不接地。

1.3 保护接地电阻:

保护接地电阻过大, 漏电设备外壳对地电压就较高, 触电危险性相应增加。保护接地电阻过小, 又要增加钢材的消耗和工程费用, 因此, 其阻值必须全面考虑。

在电源中性点不接地或经阻抗接地的低压系统中, 保护接地电阻不宜超过4ω。当配电变压器的容量不超过100kva时, 由于系统布线较短, 保护接地电阻可放宽到10ω。土壤电阻率高的地区 (沙土、多石土壤) , 保护接地电阻可允许不大于30ω。

电源中性点直接接地低压系统中, 保护接地电阻必须计算确定。

2 保护接零

2.1 保护接零的作用及应用范围:

由于保护接地有一定的局限性, 所以就采用保护接零。即将电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统中的零线连接起来, 当设备绝缘损坏碰壳时, 就形成单相金属性短路, 短路电流流经相线-零线回路, 而不经过电源中性点接地装置, 从而产生足够大的短路电流, 使过流保护装置迅速动作, 切断漏电设备的电源, 以保障人身安全。其效果比保护接地好。保护接零适用于电源中性点直接接地的三相四线制低压系统。在该系统中, 凡由于绝缘损坏或其它原因而可能呈现危险电压的金属部分, 除另有规定外都应接零。应接零和不必接零的设备或部位与保护接地相同。凡是由单独配电变压器供电的厂矿企业, 应采用保护接零方式。

2.2 重复接地:

运行经验表明, 在接零系统中, 零线仅在电源处接地是不够安全的。为此, 零线还需要在低压架空线路的干线和分支线的终端进行接地;在电缆或架空线路引入车间或大型建筑物处, 也要进行接地 (距接地点不超过50m者除外) ;或在屋内将零线与配电屏、控制屏的接地装置相连接, 这种接地叫做重复接地。

如果短路点距离电源较远, 相线-零线回路阻抗较大, 短路电流较小时, 则过流保护装置不能迅速动作, 故障段的电源不能及时切除, 就会使设备外壳长期带电。此外, 由于零线截面一般都比相线截面小, 也就是说零线阻抗要比相线阻抗大, 所以零线上的电压降要比相线上的电压降大, 一般都要大于110v (当相电压为220v时) , 对人体来说仍然是很危险的。

采取重复接地后, 重复接地和电源中性点工作接地构成零线的并联支路, 从而使相线-零线回路的阻抗减小, 短路电流增大, 使过流保护装置迅速动作。由于短路电流的增大, 变压器低压绕组相线上的电压相应增加, 从而使零线上的电压降减小, 设备外壳对地电压进一步减小, 触电危险程度大为减小。

在无重复接地的情况下, 当零线断线且在断线处后面任一电气设备发生碰壳短路时, 会使断线处后面所有接零设备外壳对地电压均接近于相电压 (断线处前面接零设备外壳对地电压近似于零) , 这是很危险的。

在接零系统中, 即使没有设备漏电, 而是当三相负载不平衡时, 零线上就有电流, 从而零线上就有电压降, 它与零线电流和零线阻抗成正比。而零线上的电压降就是接零设备外壳的对地电压。在无重复接地时, 当低压线路过长, 零线阻抗较大, 三相负载严重不平衡时, 即使零线没有断线, 设备也没有漏电的情况下, 人体触及设备外壳时, 常会有麻木的感觉。采取重复接地后, 麻木现象将会减轻或消除。

从以上分析可知, 在接零系统中, 必须采取重复接地。重复接地电阻不应大于10ω, 当配电变压器容量不大于100kva, 重复接地不少于3处时, 其接地电阻可不大于30ω。零线的重复接地应充分利用自然接地体 (直流系统除外) 。

2.3 采用保护接零应注意的几个问题:

保护接零能有效地防止触电事故。但是在具体实施过程中, 如果稍有疏忽大意, 仍然会导致触电的危险。

2.3.1 严防零线断线。

在接零系统中, 当零线断开后时, 接零设备外壳就会呈现危险的对地电压。采取重复接地后, 设备外壳对地电压虽然有所降低, 但仍然是危险的。所以一定要保护零线的施工及检修质量, 零线的连接必须牢靠, 零线的截面应符合规程要求。为了严防零线断开, 零线上不允许单独装设开关或熔断器。若采用自动开关, 只有当过流脱扣器动作后能同时切断相线时, 才允许在零线上装过流脱扣器。在同一台配电变压器供电的低压电网中, 不允许保护接零与保护接地混合使用。必须把系统内所有电气设备的外壳都与零线连接起来, 构成一个零线网络, 才能确保人身安全。

2.3.2 严防电源中性点接地线断开。

在保护接零系统中, 若电源中性点接地线断开, 当系统中任何一处发生接地或设备碰壳时, 都会使所有接零设备外壳呈现接近于相电压的对地电压, 这是十分危险的。因此, 在日常工作中要认真做好巡视检查, 发现中性点接地线断开或接触不良时, 应及时进行处理。

2.3.3 保护接零系统零线应装设足够的重复接地。

此外, 电力系统中的接地还有以下四种形式:

其一、工作接地。工作接地也叫系统接地, 是根据电力系统正常运行方式的需要而将网络的某一点接地。例如将三相系统的中性点接地, 其作用为稳定电网对地电位, 从而使对地绝缘降低, 还可以使对地绝缘闪络或击穿时容易查出, 以及有利于实施继电保护措施。

其二、保护接地。保护接地也叫安全接地, 电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等, 由于绝缘损坏有可能带电, 为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。

其三、防雷接地。这是为了让强大的雷电流安全导入地中, 以减少雷电流流过时引起的电位升高, 例如避雷针、避雷线以及避雷器等接地。

浅析电力系统中的保护接地问题 第6篇

关键词：供电系统,保护接地,自动控制

0 引言

在供电系统里, 若由于电气设备绝缘出了各种故障现象, 都会造成电气设备正常情况下不应该携带电荷的部分突然带电, 或使电气设备正常情况下应该加载上低压电的部分突然变为加载上高压电, 都会造成人身触电事故。为了杜绝出现该现象, 要采取一定的保护措施, 一般情况下采取电气设备保护接地的防护措施。

1 接地的基本概念

接地:用电设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。

2 保护接地的用途

在供电系统里, 当电源中性点不接地的情况下, 此时若用电设备的金属外壳没有接地, 当该用电设备的带电部分某处绝缘由于不明原因出现破损时, 则该用电设备的外壳就带电了, 当人体无意中碰到该外壳时, 电流将会全部流经人体, 非常危险。若采取保护接地措施后, 电流绝大部分都顺着接地体流入大地了, 使得因为此种现象而带来的触电伤害降低到最低限度。

3 保护接地的分类

(1) 工作接地:为确保用电设备满足正常工作要求而进行的接地, 叫做工作接地。比如说, 发电机定子绕组中性点的接地。

(2) 保护接地:为确保人身安全、避免操作人员间接触电, 而把用电设备裸露的可导电部分进行接地的形式, 叫做保护接地。常见的保护接地的形式有两种:一为用电设备的裸露可带电部分经各自的接地保护线分别直接接地;二为用电设备的裸露可带电部分经公共的保护线接地。

(3) 重复接地:在电力系统中, 当电源中性点直接接地的时候, 为保证采用的安全保护措施安全可靠, 除了在变压器或发电机中性点处采取工作接地之外, 还要在保护线其他地方进行必要的接地, 这种接地方式称为重复接地。

(4) 保护接中性线:在低压供电系统中, 因为电源的中性点是直接接地的, 此时再把电气设备的外壳与中性线连在一根线上, 这种接线方式称为低压保护接中性线。

4 低压配电系统的接地形式

低压配电系统按保护接地的形式共有3种, 分别是:IT系统、TT系统和TN系统。而其中, 我国目前广泛应用的是TN系统。根据中性线与保护线合并与否的情况, TN系统又可以分为3种:TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。

(1) TN-C系统:在这类系统中, 其电源的中性线 (N) 和接地保护线 (PE) 是合并成一根线的, 此线叫做保护中性线 (PEN) 线。这种连接方式可以节省一根导线, 但若三相负载不平衡时候或保护中性线由于不明原因突然断开时候, 都会造成所有用电设备的金属外壳都带电, 这是非常危险的。一般而言, 只要保护装置和导线截面选择的恰当, 该系统可以正常工作 (见图a) 。

(2) TN-S系统:在此类系统中, 其电源的中性线 (N) 和接地保护线 (PE) 是2根独立的线路。这种连接方式特点为接地保护线在正常情况下无电流, 不会对接在PE线上的其他设备产生电磁干扰。此外, 因为N线与PE线是分开的, 若N线由于故障而断开了, 对PE线的保护作用也够不成影响。但该系统所用的导电材料多, 投资大 (见图b) 。

(3) TN-C-S系统:在这类系统中, 其电源的中性线 (N) 和接地保护线 (PE) 有一部分是合并成一根线的, 另外一部分是分开的。其实质为TN-C系统和TN-S系统的综合, 适用于配电系统末端环境较差或有对电磁抗干扰要求较严的场所 (见图c) 。

5 结束语

本文就电力系统中的保护接地问题进行了详细的探讨, 希望能给同行们做相关研究提供参考价值。

参考文献

[1]张英、赵芳.电力系统自动装置.北京:中国电力出版社, 2012.

[2]李宪彬.电力系统自动化.北京:中国电力出版社, 2004.

[3]电力系统继电保护原理.天津大学, 贺家李, 宋从矩.

浅谈电力系统中性点的接地方式 第7篇

大接地电流系统, 即将中性点直接接地。该系统运行中若发生一相接地故障时, 就形成单相接地短路, 线路上将流过很大的短路电流, 使线路保护装置迅速动作, 断路器跳闸切除故障。大电流接地系统在发生单相接地故障时, 中性点电位仍为零, 非故障相对地电压基本不变, 这是它的最大优点。因此在这种系统中的输电设备绝缘水平只需按电网的相电压考虑, 较为经济 (我国110k V及以上电网较多采用该方式) 。

中性点直接接地系统缺点也很多, 首先是发生单相接地故障时, 不允许电网继续运行, 防止短路电流造成较大的损失, 因此可靠性不如小接地电流系统。其次中性点直接接地系统在运行中若发生单相接地故障时, 其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。此时若工作人员误登杆或误碰带电导体, 容易发生触电伤害事故。第三, 中性点直接接地系统单相接地故障时产生的接地电流较大, 对通讯系统的干扰影响也大, 特别是当电力线路与通讯线路平行走向时, 由于耦合产生感应电压, 对通讯造成干扰。

二、小接地电流系统

(一) 中性点不接地系统

中性点不接地系统, 即是中性点对地绝缘。这种接地方式结构简单, 运行方便, 不需任何附加设备, 投资经济。适用于10k V及以下电压等级的辐射形或树状形的供电网络。中性点不接地系统优点在于发生单相接地故障时, 由于接地电流很小, 若是瞬时故障, 一般能自动熄弧, 非故障相电压升高不大, 不会破坏系统的对称性, 根据安规规定, 系统发生单相接地故障后可允许继续运行不超过两小时, 从而获得排除故障时间, 相对地提高了供电的可靠性。中性点不接地方式缺点在于因其中性点是绝缘的, 电网对地电容中储存的能量没有释放通路。由于发生弧光接地时, 电弧的反复熄火与重燃, 是向电容反复充电过程。

(二) 中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地系统, 即是将中性点通过一个电感消弧线圈接地。中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性点不接地系统单相接地时产生电容电流, 减少的弧光过电压的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接地故障仍可以继续供电的突出优点, 但也存在产生间歇性电弧而导致过电压的危险。当接地电流大于30A时, 产生的电弧往往不能自熄, 造成弧光接地过电压概率增大, 不利于电网安全运行。而消弧线圈是一个具有铁心的可调电感, 当电网发生接地故障时, 接地电流通过消弧线圈时呈电感电流, 对接地电容电流进行补偿, 使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。而当电流过零电弧熄火后, 消弧线圈尚可减少故障相电压的恢复速度, 从而减少了电弧重燃的可能, 有利于单相接地故障的消除。此外, 通过对消弧线圈无载分接开关的操作, 使之能在一定范围内达到过补偿运行, 从而达到减小接地电流。这可使电网持续运行一段时间, 相对地提高了供电可靠性。

中性点经消弧线圈接地系统的缺点主要在于零序保护无法检出接地的故障线路。当系统发生接地时, 由于接地点残流很小, 且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态, 接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同, 故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。其次, 消弧线圈本身是感性元件, 与对地电容构成谐振回路, 在一定条件下能发生谐振过电压。

(三) 中性点经电阻接地

中性点经电阻接地系统, 即是中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻。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。有一定优越性。另外采用电阻接地方式的变电所当发生一相金属性接地后, 非接地相电压上升至系统电压, 接地跳开后, 三相电压迅速恢复到正常值, 接地点电流值由系统电容电流的大小和中性点电阻值共同决定。在发生非金属性接地时, 受接地点电阻的影响, 流过接地点和中性点的电流比金属性接地时有显著降低, 同时, 非接地相电压上升也显著降低, 零序电压值约为单相金属性接地的一半。由此可见, 采用中电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用, 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。

中性点经电阻接地系统的缺点在与由于接地点的电流较大, 当零序保护动作不及时或拒动时, 将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害, 导致相间故障发生。此外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, 影响了用户的正常供电, 使其供电的可靠性下降。

总之, 在三相交流电力系统中, 采用哪种接地方式要根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行气象条件等因素经过技术经济综合比较来确定的, 以达到较好的工程效果。

摘要：目前供配电系统的接地方式主要有中性点不接地、中性点直接接地、中性点经电阻接地和中性点经消弧线圈接地四种, 本文对这四种中性点接地方式进行了分析与比较。

关键词：中性点,接地,系统

参考文献

[1]李友文:《电厂供电》, 化学工业出版社, 2005年。[1]李友文:《电厂供电》, 化学工业出版社, 2005年。

铁路电力系统中性点接地方式的研究 第8篇

1 中性点接地方式研究的提出

本研究旨在根据当前铁路供电系统的相关特征, 结合电力架空线路与电缆线路的几种典型模型与数值计算的基本办法, 建立仿真模型, 利用PSCAD/EMTDC等仿真软件来对铁路供电系统接地故障的几种典型情况进行仿真计算, 并对仿真结果进行分析, 提取相应的特征。铁路供电系统接地故障仿真与特性分析主要是分析接地故障产生的机理, 计算各种电路突变时的电气参数并仿真。主要应用于快速发现铁路供电系统接地故障位置并采取预防措施, 减少电网损耗。铁路供电系统中性点的接地方式主要有下面几种:中性点经消弧线圈接地;中性点经高电阻接地;中性点经低电阻接地;中性点不接地;中性点直接接地;中性点经消弧线圈并联电阻接地。本研究就是通过比较铁路供电系统在接地故障时故障电流和过电压对供电系统的影响, 包括故障电流、电压的大小、波形对供电质量的可靠性、连续性以及对设备、人员安全性的影响, 然后根据具体情况做出最佳的线路模型选择, 使铁路供电系统能够既经济又安全稳定可靠地运行。

2 仿真计算基本原理及仿真软件简介

对于长线路, 微分方程算法因为其计算模型中忽略了线路分布电容而造成计算结果精度变差。因为保护的速动性要求, 以上问题很难通过改善前置低通滤波器滤波特性来加以解决。针对解微分方程算法应用于长线路存在的以上问题, 本研究提出了一种新的解决方法。通过将长线路分段, 利用Bergeron方法计算分段点处的电流、电压瞬时值, 进而计算线路阻抗。

故障点在分段点以远时, 由于线路的分布参数特性, 不能用两端阻抗简单相加的方法, 可由以下方法来推导, 如图1所示。

图1中:

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将Um=ImZm代入上式, 整理后得:

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计算出分段点的计算阻抗Z, 根据上式求出保护安装处的计算阻抗Zm。

本文对典型的双端电源系统中可能发生的各种故障情况做了仿真计算, 通过大量的仿真测试, 得到以下结论:

当故障点距离保护安装处较近时, 分段与不分段两种方法得到的电抗分量测量结果很接近, 而且两者测量结果的波动性都不大。也就是说在故障点较近时, 两种方法的测量精确度和稳定度都很高, 稳态时相对误差大概在2%～3%。当故障点距保护安装处的距离增加时, 不分段得到的测量结果误差逐渐增大, 而且测量值的波动性很大, 故障点越靠近线路末端电抗分量测量值的稳定性越差, 很有可能导致保护误动作。当采用分段方法后, 在线路末端发生短路故障时, 测量精度得到了很大的提高;特别是对于单相接地的金属性短路故障, 测量精度提高了两倍左右;虽然对于相间短路时在精度方面提高并不明显, 但是在测量的稳定性方面有了很大的提高。

大量地仿真计算结果表明, 以上处理方法有较高的计算精度, 基本能够满足长线路阻抗测量的精度要求。

PSCAD仿真软件是目前世界上被广泛使用的一种电力系统分析软件。为了研究高压直流输电系统, Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了PSCAD的初版, 随后在曼尼托巴大学建立了高压直流输电研究中心, 多年来该直流输电研究中心在Dennis Woodford的领导下不断完善了PSCAD 的元件模型库和功能, 使之发展为既可以研究交直流电力系统问题, 又能够完成电力电子仿真及非线性控制的多功能工具。特别是PSCAD图形界面的开发成功, 使得用户能更方便地使用EMTDC以进行电力系统仿真计算, 而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。现在新版的PSCAD/EMTDC 不但有工作站版 (适用于Unix Workstations) , 而且有微机版 (PC版) , 其大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库、稳定高效的计算内核、友好的界面和良好的开放性等特点已经被世界各国的科研机构、学校和电气工程师所广泛使用。

3 仿真计算结果及分析

3.1 中性点不接地方式

通过对中性点不接地方式的仿真可以得到中性点不接地方式的特点主要有:

(1) 在电网规模较小, 单相接地电容电流较小时, 发生单相接地故障后, 允许维持一定的时间继续运行, 一般为2小时, 不至于引起用户断电, 可以满足安全供电的要求。

(2) 当电网规模较大, 铁路供电系统接地电容电流达到一定数值后, 供电可靠性受到影响, 带来一系列的问题。如:① 当铁路供电系统发生单相接地时, 接地电弧很难自行熄灭, 有可能发展成相间短路, 造成用户停电和设备损坏事故;② 当发生间歇性弧光接地时, 会引起较高的弧光过电压, 一般为3.5倍相电压甚至更高, 波及到整个铁路供电系统致使薄弱的地方放电击穿, 引起设备损坏和停电的严重事故;③ 铁路供电系统的长时间谐振过电压现象比较普遍, 这种过电压幅值并不高, 但持续时间长以低频摆动, 严重威胁铁路供电系统的安全。

随着铁路建设的发展, 电量消耗增长很快, 铁路供电网络的规模越来越大。而且随着电缆线路的增多, 电路容性电流不断增大使得中性点不接地形式的供电可靠性、稳定性受到很大影响, 带来严重问题。综合上述, 中性点不接地的方式将逐步不会予以考虑。

3.2 中性点经高电阻接地方式

通过仿真计算, 得出高电阻接地方式的特点:

(1) 单相接地短时电流对设备的危害性不大, 能适当限制大部分过电压, 但与低电阻接地方式比较, 过电压水平仍较高。

(2) 发生单相接地故障时, 考虑到系统需带故障运行一段时间, 因而故障电容电流大于7A的配网, 不宜采用高电阻接地。

(3) 对电阻的热容量要求高。

3.3 中性点经低电阻接地方式

通过仿真计算得出:中性点经低电阻 (小于10欧姆) 接地方式的故障过电压是最低的。故障电流比高电阻接地要大, 比经消弧线圈接地大得更多。这种中性点接地方式的最大特点是获得一个大的阻性电流叠加在故障点上, 其优点是:①能快速切除故障, 过电压水平低, 谐振过电压发展不起来, 可采用绝缘水平较低的电缆和设备;② 减少绝缘老化, 延长设备的使用寿命, 提高网络及设备可靠性;③ 能把两点接地 (异相故障) 的概率削减至最低限度;④ 为采用简单的, 有选择性和有足够灵敏度的继电保护提供了可能性;⑤ 可以采用无间隙氧化锌避雷器;⑥ 自动清除故障, 运行维护方便;⑦ 可降低火灾事故概率。

中性点经低电阻接地方式的接地故障电流可达600～1000A, 甚至更大, 这么大的接地故障电流会带来三个问题:①当电缆一处接地时, 大电弧会连带烧毁同一电缆沟或电缆隧道里的其他相邻电缆, 扩大事故, 酿成火灾。②流过电阻的电流过大, 电阻的热容量与其二次方成正比, 给电阻的制造带来困难。铸铁电阻难以胜任这么大的电流冲击, 合金电阻的造价太高, 体积又太大。③引起的地电位升高达数千伏, 大大超过了安全允许值。通信线路要求地电位差不超过430～650V;电子设备不能忍受600 V的电位;人身保安要求的接触电压和跨步电压在0.2 S切断电源情况下不大于650 V。

3.4 中性点经电阻接地方式

通过仿真计算结果分析, 总结中性点经电阻接地方式特点如下:

(1) 中性点电阻是耗能元件、也是阻尼元件。

(2) 可以降低工频过电压, 单相接地故障时非故障相电压小于√3相电压, 且持续时间很短。

(3) 有效地限制弧光接地过电压, 在中性点经电阻接地的配网中, 当接地电弧熄弧后, 系统对地电容中的残荷通过中性点电阻泄放掉, 在下一次燃弧时其过电压幅值和从正常运行发生单相接地故障时的情况相同, 不会产生很高的过电压。

(4) 是消除系统各种谐振过电压最有效的措施。中性点电阻相当于在谐振回路中并接一个阻尼电阻, 由于电阻的阻尼作用, 基本上可以消除系统的各种谐振过电压。试验表明:只要中性点电阻不是太大 (不大于1500欧姆) , 就可以消除各种谐振过电压, 电阻值越小, 消除谐振效果越好。

(5) 降低操作过电压。中性点经电阻接地铁路供电系统发生单相接地故障时, 零序保护动作可准确判断并快速切除故障线路。如果故障线路是电缆线路, 考虑到接地故障一般是永久性故障, 对故障线路不进行重合闸, 不会引起操作过电压。

(6) 提高系统安全水平, 降低人身伤亡事故。在低电阻接地系统发生接地故障时, 零序保护可以在很短时间内动作, 将电源切除, 这就大大降低了人员接触带电设备的机会, 从而减少了人身触电伤亡的机会。

(7) 中性点经电阻接地方式对系统电容电流变化的适应范围较大, 当确定适当的接地电阻值后, 系统的零序电流在较大范围内变化。接地电阻对降低弧光过电压、消除谐振过电压的效果不会有明显的变化, 所以在系统运行方式发生变化及电网发展时, 可以不改变接地电阻值。

(8) 简单、可靠、经济。中性点接地电阻结构简单、可靠、投资省。

3.5 中性点经消弧线圈接地

从仿真结果的故障电压、电流分析可以得出, 在发生接地故障时中性点经消弧线圈接地方式的铁路供电系统的故障电流最低, 是其它接地方式的三分之一, 但它的过电压是最高的几乎为其它类型的2倍。

中性点经消弧线圈接地方式有以下特点:

(1) 单相接地时, 由于消弧线圈的电感电流可抵消接地点流过的电容电流, 使流过接地点的电流较小, 可带单相接地故障运行2h。

(2) 对于铁路供电系统中日益增加的电缆馈电回路, 虽然接地故障的发生概率有上升的趋势, 但因接地电容电流得到补偿, 所以单相接地故障并不会发展为相间故障。

(3) 采用该种接地方式时, 系统有可能因运行方式的改变造成欠补偿从而引发谐振过电压。

(4) 目前运行在铁路供电系统的消弧线圈的结构多为手动调匝, 必须退出运行才能调整, 且在线实时检测电网单相接地电容电流的设备很少, 因此消弧线圈在运行中不能根据电容电流的变化及时地进行调节, 不能很好地起到补偿作用。

(5) 中性点经消弧线圈接地时, 接地点的数目不受限制, 可在该系统电源侧只设置一台消弧线圈接地来进行集中补偿, 也可在负荷侧公用变电站的高压侧设置多台消弧线圈来进行分散补偿, 或者两者均采用。

4 结论

综合上述, 中性点接地方式是一个较复杂的系统工程, 随着铁路建设的进一步发展, 越来越多的电缆贯通线被引入到铁路供电系统, 电缆线路的特点之一是接地电容电流较大, 在其中性点接地方式的选择时, 应当根据电容电流的计算结果及结合贯通线的结构和发展情况, 全面考虑成本及维护等各方面因素, 综合比较, 优化选择:

(1) 当对地电容电流不超过允许值时, 又要保障供电的可靠性, 宜采用不接地方式。

(2) 在电容电流超过规定值, 故障电弧不易熄灭, 宜采用经消弧线圈接地的方式。

(3) 在电容性电流过大, 需要综合考虑电抗器补偿及线路保护等综合因素时, 可选择使用中性点直接接地方式。

(4) 如果线路中考虑消除谐振过电压等因素可考虑中性点经过电阻接地, 对于电阻值的选择可根据保护及线路结构等因素综合计算获得。

参考文献

[1]董振亚.城市配电网中性点接地方式的发展和改进[J].中国电力, 1998.

[2]要焕年.中压电网中性点接地方式发展的新趋势[J].高电压技术, 1993.

电力外线的接地系统 第9篇

关键词：通信机房,雷电,接地防护,方案设计

1 概述

目前在电力系统通信网络中出现了一个难题, 那就是其通信的重要组成部分通信机房经常遭雷击。经过多方考证, 其主要原因就是由于程控交换机组以及大型电子计算机网络等核心系统设备的耐雷电压以及过电流的技术水平很低, 以及一些附属设备的防雷技术的落后, 这样就使得通信机房与以前相比就更容易遭受雷电波的侵入, 最终导致通信机房频频遭受雷电的攻击。据不完全的数据统计, 雷电攻击对电信机房的电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%, 通信机房的防雷工作已经成为目前电力系统中通信网络建设一项迫切要求。

2 通信机房遭受雷击的常见形式

(1) 直雷击。这种“直雷击”的产生主要是由云层中带着的大量雷电和地面某处进行强烈放电现象。这种情况下就会出现在雷电对地上直接闪击, 就会对地面的一些设施造成重大损坏。“直击雷”发生的概率比较小, 而且每次雷击的攻击面积也比较小。但是“直击雷”的放电过程非常猛烈, 如果地面目标被击中, 就会产生很大的直击电流, 从而对地面目标造成重大的损坏, 直击雷一般性都是波及到的主要是室外物体, 因此我们就把防直击雷的系统叫做外部防雷系统。

(2) 感应雷。“感应雷”也可以叫做“二次雷”, 产生这种雷电攻击主要的原因就是由于在雷云对地放电或雷电在雷云之间时, 与地面的户外地埋电力线、设备间连接线、传输信号线路产生电磁感应并侵入通信机房, 使得通信机房的内部设备遭到损害的放电现象。这种“感应雷”虽没有“直击雷”那么的猛烈, 但是其发生的概率就比较高。其危害性的产生是不论在雷云对雷云之间闪击还是在雷云对地闪击时, 其都会对地面的目标造成损害。在此之外, 一次较为强烈的感应雷可以让很大范围中的多个通信机房中的电子设备造成过电压现象。更为严重的是这种高压还会通过通信机房信号中继线以及基站供电线等来进行传输到其他的地方, 这样就使得其雷击的损害的波及范围迅速扩大。

(3) 雷电侵入波。“雷电侵入波”也可以叫做线路来波。其产生主要是在雷云对地放电或者雷云之间时, 在通信机房附近金属管线上产生的电压 (其包含电磁感应与静电感应) , 这种感应还是会通过电压以行波的形式进入室内, 最终造成通信机房内的电子设备的损坏。

(4) 地电位反击。这种“地电位反击”主要指的是建筑物或者其附近被雷击中, 使附近接地点的电位升高, 造成设备的外壳和导电部分产生反击过电压, 导致设备损坏。据可靠统计:直接雷击损坏的只有15%, 反而是其他形式的损坏占85%, 因此要对地电位反击、雷电侵入波引起重视。

3 过电压以及雷电侵入机房通信设备的途径

过电压以及雷电的入侵, 是接口电路、微波通信收发信机、通信电源以及用户通信设备电路出现损坏的主要原因, 其侵入途径有:

(1) 从交流供电线路入侵, 室外的架空电力线路遭雷击或感应电的闪击, 电压过高, 保险及整流变换模块、造成电源、电源盘等遭到损坏。

(2) 从通信线路入侵, 通信的架空光缆和电缆遭电击或闪击, 产生瞬间过电压, 迅速向两路两端扩散, 然后进入机房, 对机盘、用户接口电路板、保安配线架以及电路板造成损坏。

(3) 地电位反击电压由接地体入侵, 强大的雷电电流流入接地网, 在接地体周围形成分散的点位分布, 在相邻的线路上形成雷电过电压。

4 探讨通信机房防雷保护的综合机理

随着计算机和通信网络设备的使用规模的不断变大, 雷电和过电压产生的危害越来越大, 从前的防护体系已经不能适应今天的需要, 因此, 防护技术要以三维防护代替老旧的一维防护, 其中包括防直击雷、防感应雷电波侵入、防雷电电磁感应、防地电位反击影响和操作等多个方面的防护工作。

三维防护的原则是根据电气以及微电子设备的功能的不同及保护程序的差异还要保护层的不同, 从保护重点入手作出分级分类保护;找出可能的雷电及操作瞬间过电压危害通道, 再从电源线到数据通信线路做出分类和分级保护。

5 通信机房一般性的防雷措施

(1) 将绝大多数的雷电电流用外部的保护条件引入地下。

(2) 用过电压保护器对数据线、信号线和电源线引入的过电压波进行阻塞。

(3) 对RTU和通信之间的RS232接口用光电隔离器进行隔离。

(4) 用过电压保护器限制被保护的设备的浪涌电压幅值。

6 构建机房综合防雷系统

通信机房系统的防雷接地要符合以下规定:

(1) 对于建筑物中进出的传输线路上的浪涌保护器的设置:

(1) 对于A级防护系要用2级或3级信号浪涌保护器。 (2) 对于B级防护系要用2级信号浪涌保护器。

(3) 对于C或D级防护系统要用1级或2级信号浪涌保护器。

(2) 对计算机设备的输出和输入端口处安装合适的信号浪涌保护器。

7 电力系统通信机房的防雷保护和接地系统

7.1 过压保护

过压保护包含外部电涌防护 (防雷电磁脉冲) 以及内部近旁电涌防护 (内部操作过电压) 。想消除雷电引起的电位差及电磁干扰, 必须做好局部等电位同总等电位之间的连接, 在实际的应用时一般使用直流工作接地、防雷接地、安全保护接地、交流工作接地等几种接地方式共用, 以此来减少接地故障。

7.1.1 外部无源防雷保护系统

内部防雷保护系统主要包括电位联结、屏蔽隔离、安全距离等等。但内部及外部防雷系统都不能做到真正地把电网中因雷击引起的暂态过压消除完全, 感应雷电电压很高, 一般都在千伏以上, 而数据通信设备在承受电压能力有限, 如果闪电脉冲电压高达几百伏, 就会导致数据通信设备的损坏。因此, 在防雷的过程中还要有电压保护装置来防止内部操作过电压和雷电电磁脉冲对电子设备所造成的损坏。通常的屏蔽办法是利用高层建筑物钢筋混凝土外墙的钢筋构成法拉第笼式进行全方位屏蔽防雷电电磁脉冲, 这种办法既安全而且还最省钱。如果在某些地方条件有所欠缺。也可以用全屏蔽、部分屏蔽、设备金属管、线缆和金属线槽的屏蔽来达到让雷击时的电磁场层层减弱的效果。

7.1.2 使用电涌保护器

在机房的各个供电环节中和连接处都分散安装着SPD, 以其来保护设备。例如在交换机中继线入口、电源配电箱到终端配电盘等都用了电涌保护器, 还有其他的一些相应设备和保护模块也可以用来抑制来自电源线、计算机网络、电话线、视频线路等线路所产生的感应过电压。

7.2 接地系统

接地系统在避雷技术中有着十分重要的地位, 所有形式的雷击不管是直击雷还是感应雷还是其他形式的雷, 都要将其通过接地装置引入大地。因此, 如果没有良好的接地装备, 那么防雷就只是空谈。对于建筑物来说, 要在外部安装接闪器, 并与大地形成一个良好的电气连接, 做出一个完善的避雷系统。接地装置的作用就是快速地让雷电对接闪器的闪击电荷泄放进入大地, 和大地中的异种电荷相互中和, 从而减小雷击和雷电闪击的破坏。这一点上中国大多数的数据通讯设备机房所在的建筑物都已经做到。

7.2.1 接地系统的功能

当设备和系统中的单元能和器件在其电磁环境中正常运行但并不产生辐射对其他器件、系统和设备造成危害或干扰。则称为EMC, 要达到理想的EMC, 要做出两种分析:在电磁环境中一种具体器件的影响和整个系统中满意功能的效果。在如今, 制作上和设计者都有一系列的产品、技术、建议和标准来进行源于任何器件产生的电磁干扰 (EMI) 问题进行控制。

7.2.2 接地系统的设计接地原则

想要通信系统达到EMC状态, 不仅只是保护单个部件和简单的测试。实际上, 如果是具体地对某部件进行保护, 反而会因其使整个系统都出现问题, 为确保整个通信系统的正常运行, 必须要根据EMC的准则对接地系统进行设计。

7.3 保护间隙

保护间隙是一种简单的防雷装置, 电力系统通信机房中一些不适合安装其他防雷装置的地方应用, 却有着很好的防雷效果, 它由上和下两部分间隙组成。上部有主间隙, 下部有辅助间隙。安装过程中, 其中的可动部分安装在电力线路上的瓷瓶上, 并和导线相连, 固定在木横担上, 然后通过连接线接地。当雷电击中时, 间隙的距离被击穿, 就把雷电流泄露到地下。

7.4 阀型避雷器

阀型避雷器由若干个放电间隙串联而成组成它的主要组成部分, 一般叫做火花间隙;或者用特种的碳化硅做成电阻元件, 瓷质材料作为外壳进行保护。阀型避雷器在没有遭到雷电灾害或过电压时, 本身放电间隙就有足够的绝缘能力, 这些部件在电压正常的情况下, 不会让电流通过。当电力体统中出现雷电灾害或危险的过电压时, 避雷器中的放电间隙会很快被击穿, 让雷电电压通过避雷器中的阀电阻快速的泄入大地。阀型避雷器中阀电阻的电阻特性和一般电阻有所差别, 它具有通过的电流越小, 电阻越大;电流越大, 电阻越小的特点。当电压在额定电压内, 内部阀电阻大, 电流就不能流入大地, 而遭到雷电灾害时, 内部阀电阻变小, 电流就能通过电阻, 快速的流入地下, 很好的做到电力系统通信机房的防雷工作。

7.5 电力系统通信机房防雷新技术的应用

氧化锌避雷器:氧化锌避雷器又称MOA, 氧化锌避雷器将若干片氧化锌阀片压紧和密封在避雷器的瓷套中, 而氧化锌阀片具有很好的非曲线特性, 在防雷上有显著效果。它和传统的碳化硅避雷器相互比较, 有着明显的优势, MOA的流能力更强大, 保护特性更好, 耐污能力更强, 可靠性更高, 结构更简单。能对电力系统通信机房的电力设备提供更好的保护。氧化锌避雷器可由外壳分为三类:罐式、瓷套式、复合外套式。它在技术上继承了碳化硅避雷器的使用技术, 但是无论是在设计思想上还是产品功能上性能都要高于碳化硅避雷器, 是世界公认的当代最先进的防雷器。

8 防雷应用的注意技巧与事项

(1) 和主钢筋一起接地, 同时对建筑物构建一个较为完善防雷带和防雷网。通信机房中解决地电位升高最好使用联合接地系统, 其中的接地系统在防雷工作中有着至关重要的地位。

(2) 建筑物外面的防雷设备, 比如天线等, 要尽量放置在建筑物避雷网的保护范围中。

(3) 各系统最好采用工地接地的防雷措施。

(4) 离避雷导电体要和室内的通信设备尽量远离。

(5) 安装一个性能可靠的防雷设备在信号、数据线或电源等各个进出口。

(6) 进行室内布线 (包括各类传输线) 时要尽量减少洄圈, 能有屏蔽线并能使两端接地最好。

9 结语

想要避免和减少雷击灾害, 在通信机房要使用“整体防御、多重保护、综合治理”的方式。只有经过全方位认真细致地对雷击和过电压进行考虑, 并严格执行通信防雷的有关规定, 根据各地的情况对接地、均压、分流、限幅、隔离、屏蔽等综合防雷技术综合运用, 对通信防雷措施认真落实, 并做到不断改进防雷工作, 才能够有效地减少甚至避免雷击灾害的发生, 让人身安全和财产安全得到保障。

参考文献

[1]曹新明.机房防雷接地系统初探[J].科技信息, 2011 (18)

[2]赖世能, 慕家骁.通信系统防雷接地技术[M].北京:人民邮电出版社, 2008