电网中性点接地方式的探讨

杜益周，李光星 (湖南省电力公司 怀化电业局，湖南 怀化 418000) 摘 要： 通过分析配电网在设置不同中性点接地方式后， 出现各种运行故障时， 内外过电压、过电流的情况， 从而得出不同电网中为了保护设备和人身安全以采取哪种中性点接地方式为最佳。 并对电网就供电可靠性以及运行维护等几个方面探讨各种中性点接地方式的优缺点和适用场所。关键词：中性点不接地系统；中性点电阻接地系统；中性点谐振接地系统； 中性点直接接地系统；消弧线圈中图分类号： TM727 文献标志码： A 文章编号： 1001-7836 电力系统接地运行方式涉及电网的安全运行、供电可靠性、用户用电安全等诸多重要问题。在专业技术方面涉及电力系统、过电压与绝缘配合、继电保护、通信与自控、电磁兼容、 接地设计等诸多领域， 是一个内容广泛的系统问题。 我国电力系统常用的中性点接地方式有：中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地 (谐振接地 )、中性点经电阻接地这四种方式。 在我国国家标准电工名词术语中又把以上四种接地方式归结为三类接地系统：即中性点有效接地 (包括：直接或经过一小电阻抗接地 )；中性点非有效接地系统 (包括：中性点不接地、 经大电阻或谐振接地 )； 中性点经过消弧线圈 (消弧电抗器 )接地因特殊性而将其单列称为谐振接地系统。一、中性点接地方式的选择标准目前电力系统对中性点接地方式的选择主要从以下几个方面考虑的。1.供电可靠性供电的可靠性是对电力系统的主要要求之一。提高供电可靠性，通常采用提高网络中各元件和用电设备的可靠性来实现的。 当其他条件相同时， 那么供电可靠性就只取决于电源中性点的工作方式。采用不同的中性点工作方式会使供电可靠性有所差异。2.安全因素安全因素是选择电网接地方式时重要的考虑因素。首先，不同的中性点接地方式在发生人身触电事故时， 流过人身的故障电流以及电弧能量的大小是不一样的， 不同的接地方式使得系统断路器的动作时限也不同， 所以对触电人员的伤害也会有轻重之分； 另外不同的中性点接地方式与网络中的各类电器设备的安全与否密切相关， 电气设备发生短路时， 故障电流的大小往往和电网中性点接地方式有着直接的关系。3.过电压因素中性点接地方式的选择往往直接影响到电网内外过电压、 过电流的大小和破坏影响力。出于对抑制电网过电压、过电流危害的考虑必须选择合适的中性点接地方式。4.电网继电保护的选择性和灵敏性在通常的电力系统实际运行中，继电保护起着重要的安全保证作用，有效接地系统中的继电保护灵敏性和选择性较好， 而非有效接地系统中的接地保护则是个难题。 这也是考虑中性点接地方式的重要依据。5.电弧重燃的条件在不接地系统中，电弧的起弧、重燃或者振荡的接地故障，在某些条件下能产生高达6 倍于正常电压的冲击电压， 而在谐振接地系统中则不会出现这种情况， 所以不同的接地方式对故障电弧的产生和熄灭有很大的影响。二、各种中性点接地方式的基本特点1.中性点不接地方式中性点不接地的实现很简单，只要在电源中性点不附加任何装置。这种接地方式是中性点非有效接地系统中的一种， 实际上可以视为经容抗接地的接地系统。 该电容是由电网中的电缆、架空线路、 电机、 变压器等所有电气设备的对地耦合电容所组成。当发生单相接地故障时， 三相线电压仍然可以保持平衡， 可继续供电一段时间， 且流经故障点的稳态电流就是单相对地电容电流。 通常这个故障电流只有几十安培， 其值远小于正常负荷电流， 所以一般不会对线路、电缆或其他设备造成破坏。但是电流持续时间不能太长。2.中性点经消弧线圈接地方式电网中性点装设消弧线圈后，电网发生单相接地时，电网的单相接地电容电流得到了消弧线圈的感性电流的补偿。如果能将故障点的残余电流减少到 5A 左右，就可促使电弧不易重燃。 从而可以自动消除电网的瞬间单相接地故障。 消弧线圈是怎样使单相接地电弧自动熄灭的呢？主要有两点： ⑴消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流， 限制了接地故障电流的破坏作用， 使残余电流的接地电弧易于熄灭； ⑵当残余电流过零后， 消弧线圈又能降低故障相电压的恢复速度和幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。3.中性点经电阻接地方式中性点经电阻接地就是在电网中性点串联接入某一电阻器，泄放单相接地电弧后半波的能量， 从而减少电弧重燃的可能性， 抑制电网过电压的辐值。 电阻接地系统有高电阻接地和底电阻接地的区别。 其中低电阻接地属于有效接地系统， 而高电阻接地则属于非有效接地系统。4.中性点直接接地方式中性点直接接地系统是中性点经电阻接地系统中的一个特例，是中性点经电阻接地方式中电阻为零的方式。 在中性点直接接地系统发生时， 由于中性点直接接地， 强迫中性点保持地电位，则非故障相的电压不会改变。三、各种中性点接地方式的综合评价1.中性点不接地方式⑴当电网发生单相接地故障时， 只是非故障相电压升高 倍， 而线电压维持不变， 所以不影响三相设备的正常运行， 这是该种接地方式的最主要的优点。 且当单相接地电容电流不大 (如 5A) 时，其所引起的热效应能为电网的各个元件的绝缘所承受，所以允许电网带接地故障运行 1～ 2 小时。这无疑提高的供电的可靠性。⑵在中性点不接地方式下电网的电磁式电压互感器由于磁饱和而引起中性点位移，加之参数的配合不同将发生铁磁谐振过电压，其值可以达到 4 倍相电压；发生间歇弧光接地时，如果电网的电容电流大于 11.4A( 即熄弧临界值 )，此时接地电弧将在电流过零时短暂熄灭，而在峰值附近重燃。电弧的重燃和熄灭将导致电网强烈电磁振荡，可产生 2.5～ 3 倍相电压的过电压。这些过电压持续时间较长时，将会对电网设备的绝缘寿命产生不良影响。⑶对于电网供电可靠性而言， 当电网电容电流较小时， 中性点不接地方式简单、 经济、大多数接地故障都可以可靠消除， 供电可靠性较高； 而如果电网电容电流在熄弧临界值以上时，多数接地故障都不能可靠熄弧，所以会对供电可靠性产生不良影响。2.中性点谐振接地方式⑴自动消弧线圈能够实时检测电网的电容电流，以调整补偿电流，使补偿后的残流小于 10A ， 所以在线路绝缘子发生雷击闪络时， 在雷电流过后能把工频续流控制在 10A 以内，使其不产生持续燃烧的接地电弧，有效控制电网雷击跳闸率。⑵中性点经消弧线圈接地，在零序回路中消弧线圈的感抗与电压互感器的励磁感抗是并联关系， 而消弧线圈的感抗要比电压互感器的励磁感抗小很多， 因此消弧线圈的感抗就起了主导作用， 也就产生不了铁磁谐振过电压。 但消弧线圈接地方式对断线引起的谐振就无能为力了。 消弧线圈产生的电感电流正好可以补偿电网中的电容电流， 使接地的残余电流都在10A 以下， 小于熄弧临界值， 加上消弧线圈可以减缓恢复电压的上升速度， 是电弧可靠熄灭，避免重燃。⑶中性点经消弧线圈接地，特别是自动跟踪补偿消弧线圈接地时，大多数瞬间性接地电弧都可可靠熄灭， 形不成永久性的接地故障， 即使发生了贯穿性击穿也会因为接地电流较小而使绝缘破坏的程度较轻， 便于维修。 所以中性点经消弧线圈接地的电网的运行可靠性最高。⑷中性点经消弧线圈接地方式的故障点对地电位最低，对保护人身安全有利。3.中性点电阻接地方式⑴电网经小电阻接地可以有效抑制电压互感器磁饱和引起的铁磁谐振过电压和断线谐振过电压， 能将单相接地时的异常过电压抑制在运行相电压的 2.8 倍以下。 所以电网经电阻接地可以有效抑制电网内部过电压。⑵中性点经小电阻接地时，接地故障点电流大 (可达 600A ～ 1000A) ，在雷击绝缘子闪络时一般都会使线路跳闸，使电网雷击跳闸率升高。⑶中性点经电阻接地配合零序保护，在大多数瞬间故障发生时都会使馈线开关跳闸，且故障电流大，加大了开关触头的磨损，也使故障点的电位升高了，对人身安全构成危害，也降低了供电可靠性。4.中性点直接接地方式按中性点直接接地方式运行的系统，电气设备的接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，由于绝缘造价的降低同时还改善了保护设备的工作性能，所以是很有经济技术价值的。 中性点直接接地系统的主要缺点是， 单相接地时构成回路， 接地回路通过短路电流， 且各相之间电压不再是对称的。 为防止大的短路电流损坏设备， 必须迅速地切除接地相甚至三相。 当线路切除时， 常常采用自动重合闸等措施补救。 中性点直接接地的另一个缺点是线路发生短路故障对邻近通信线路有电磁干扰。四、结论1.对于电网电容电流小于 10A 的电网，最好采用中性点不接地方式，因为这种方式简单、经济、而且供电可靠性也较高，只是要注意消除铁磁谐振过电压。2.对于电网电容电流大于 10A 的架空或架空、电缆混合线路宜采用自动跟踪消弧线圈接地方式，它可以降低电网故障建弧率，消除铁磁谐振过电压，有效抑制弧光接地过电压，供点可靠性也是最高的。3.小电阻接地方式和中性点直接接地方式虽然能有效地防止电网铁磁谐振过电压，抑制弧光接地过电压，但对接地故障电流的放大关系对防雷过电压不利，降低了供电可靠性，加大了开关的维护工作量，只有在对内部过电压有特殊要求的电网才考虑使用。