淺談電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式

張建華 李永軍

(南瑞繼電保護(hù)技術(shù)分公司，江蘇 南京 210003)

1 引言

當(dāng)電力系統(tǒng)中的任何一相發(fā)生單相接地故障時(shí)，單相接地故障電流的大小和非故障相工頻電壓的高低，即所謂的電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性，對(duì)應(yīng)于不同數(shù)值范圍內(nèi)的接地程度系數(shù)。各種中性點(diǎn)接地方式的電力系統(tǒng)具有不同的基本運(yùn)行特性。以下將結(jié)合中壓電網(wǎng)中所采用的幾種中性點(diǎn)接地方式，討論相應(yīng)電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性。

現(xiàn)代城市對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行特性的基本要求是：（1）供電可靠性高；（2）人身安全性好；（3）設(shè)備安全性好；（4）電磁兼容與通信系統(tǒng)良好共處；（5）維修工作量??；（6）綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理等。

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)不同的中性點(diǎn)接地方式及其差異，基本上沒有反映?？墒?，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，情況則大不一樣了。因中性點(diǎn)接地方式的不同，非故障相工頻電壓的升高和單相接地故障電流的大小也不相同。通常，以兩者的具體數(shù)值表征不同接地系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性，各種接地方式的特點(diǎn)和適用范圍等主要問題都是由此來決定的。

2 各種接地方式比較

2.1 中性點(diǎn)不接地

中性點(diǎn)不接地，實(shí)際上是經(jīng)過集中于電力變壓器中性點(diǎn)的等值電容（絕緣狀態(tài)欠佳時(shí)還有泄漏電阻）接地的，其零序阻抗多為一有限值，而且不一定是常數(shù)。此時(shí)，系統(tǒng)的零序阻抗呈現(xiàn)容性，因接地程度系數(shù)k<0，△U可能高于相電壓，故非故障相的工頻電壓升高會(huì)略微高過線電壓。最早的城市中壓電網(wǎng)由于規(guī)模不大，多采用中性點(diǎn)不接地方式。在這種接地方式下，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障點(diǎn)的電流為所有非故障線路電容性電流的總和。在規(guī)模不大的架空線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，這個(gè)值是相當(dāng)小的，對(duì)用戶的供電影響不大。而且各相間的電壓大小和相位維持不變，三相系統(tǒng)的平衡性未遭破壞，允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間(2h以內(nèi))。但是這種接地方式有一個(gè)極大的缺陷，就是當(dāng)接地電流超過一定值時(shí)容易產(chǎn)生弧光接地過電壓，將使系統(tǒng)的安全性受到很大的影響，對(duì)系統(tǒng)絕緣水平要求更高。近幾年國(guó)家和地方大力投資進(jìn)行城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造，電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電纜線路不斷增加，6～35kV中壓電網(wǎng)原有的中性點(diǎn)不接地方式已不再適宜，并已逐漸被其他接地方式取代。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

對(duì)于中壓電網(wǎng)來說，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的最初出發(fā)點(diǎn)，主要是為了限制電弧接地過電壓。電阻接地方式可以避免不接地方式中弧光接地過電壓的產(chǎn)生，同時(shí)由于增大了故障線路的接地電流，使得故障選線可以很方便地實(shí)施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速跳閘，使非故障線路不需要長(zhǎng)時(shí)間承受過電壓，降低了絕緣水平要求。對(duì)于以電纜為主又能實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電的城市中壓電網(wǎng)，這是一種較為理想的接地方式。因?yàn)橐噪娎|線路為主的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過故障點(diǎn)的電容電流很大，容易發(fā)展為相間故障，且多為永久性接地故障，需要及時(shí)跳閘，切除故障線路。而環(huán)網(wǎng)供電可保證供電的連續(xù)性，最大限度地減少停電范圍。從目前國(guó)內(nèi)農(nóng)網(wǎng)及城網(wǎng)的發(fā)展情況看，依然是架空線路占多數(shù)，或架空線路和電纜混合電網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)供電水平較低。這些情況決定了國(guó)內(nèi)中壓電網(wǎng)以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，也就是通常所說的諧振接地方式為主要的接地方式。

2.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（諧振接地）

諧振接地系統(tǒng)即中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)。因?yàn)橄【€圈是一種補(bǔ)償裝置，故這種系統(tǒng)通常又被稱為補(bǔ)償系統(tǒng)。消弧線圈是一種鐵心帶有空氣間隙的可調(diào)電感線圈，它裝設(shè)于中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障時(shí)，可經(jīng)消弧線圈作用消除，保證系統(tǒng)不斷電；當(dāng)為永久單相接地故障時(shí)消弧線圈動(dòng)作可維持系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間，可以使運(yùn)行部門有足夠的時(shí)間啟動(dòng)備用電源或轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不至于造成被動(dòng)；系統(tǒng)單相接地時(shí)消弧線圈作用可有效避免電弧接地過電壓，對(duì)全網(wǎng)電力設(shè)備起保護(hù)作用；由于接地電弧的時(shí)間縮短，使其危害受到限制，因此也減少維修工作量；由于瞬時(shí)接地故障等可由消弧線圈自動(dòng)消除，因此減少了保護(hù)錯(cuò)誤動(dòng)作的概率；系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地可有效抑制單相接地電流，因此可降低變電所和線路接地裝置的要求，且可以減少人員傷亡，對(duì)電磁兼容性也有好處。同時(shí)由于消弧線圈還會(huì)使故障相恢復(fù)電壓上升速度變慢，保證電弧的熄滅和避免發(fā)生重燃，從而有降低過電壓水平、使瞬時(shí)性接地故障自動(dòng)消除等優(yōu)點(diǎn)。需要注意的是，補(bǔ)償電網(wǎng)在正常運(yùn)行期間，為了限制中性點(diǎn)位移電壓的升高，要求非自動(dòng)消弧線圈適當(dāng)?shù)钠x諧振點(diǎn)運(yùn)行。否則，預(yù)調(diào)式的自動(dòng)消弧線圈一般應(yīng)加限壓電阻，以利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3 各種接地方式系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性

前已說明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，實(shí)際上是經(jīng)過一定數(shù)值的容抗接地的。此時(shí)，系統(tǒng)的零序阻抗呈現(xiàn)容性，因接地程度系數(shù)k<0，△U可能高于相電壓，故非故障相的工頻電壓升高將會(huì)略微高過線電壓（這一現(xiàn)象是由高阻性接地故障引起的）。實(shí)際上中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)，其k值的一般變化范圍為-∞

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后，可以屬于有效和非常有效接地系統(tǒng)，也可以屬于非有效接地、甚至小電流接地系統(tǒng)，具體情況需視電阻的數(shù)值而定。對(duì)于中壓電網(wǎng)來說，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的最初出發(fā)點(diǎn)，主要是為了限制電弧接地過電壓。在小電流接地系統(tǒng)的繼電保護(hù)選擇性獲得解決之前，也曾藉此來實(shí)現(xiàn)故障線路的自動(dòng)跳閘。在中性點(diǎn)為高電阻接地方式的情況下，為使接地電弧瞬間熄滅，一般來說單相接地電容電流應(yīng)不大于10A，所以適用范圍受到限制，只宜在規(guī)模較小的10kV及以下電網(wǎng)中應(yīng)用。當(dāng)電網(wǎng)的額定電壓較高時(shí)，接地電容電流超過限值后，此種接地方式就不再適用，而需要改變?yōu)槠渌拥胤绞搅恕Ｈ舾臑榈碗娮杞拥胤绞?，電網(wǎng)的接地電容電流便可不受限制?？墒牵捎诖朔N接地方式的接地故障電流大，有時(shí)會(huì)帶來很多問題和麻煩，如人身安全、設(shè)備安全和通信干擾等均需采取措施，而且運(yùn)行和維修費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)增加。

諧振接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)一般經(jīng)消弧線圈（自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)諧電感）接地，也可采用消弧變壓器。理論上可以這樣考慮，將系統(tǒng)的三相對(duì)地電容集中在一個(gè)（或幾個(gè)）變壓器的中性點(diǎn)上，同時(shí)與該集中電容并聯(lián)一個(gè)（或幾個(gè)）調(diào)諧電感，對(duì)電感值進(jìn)行調(diào)整，使其靠近諧振點(diǎn)運(yùn)行。雖然調(diào)諧電感是一個(gè)很有限的數(shù)值，但卻可使X0趨近無限大。當(dāng)調(diào)整消弧線圈使接地程度系數(shù)k→±∞，即Z0→±∞時(shí)，相當(dāng)于消弧線圈在諧振點(diǎn)（失諧度υ=0）運(yùn)行。

結(jié)語

中性點(diǎn)接地問題是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，它涉及到電網(wǎng)的安全運(yùn)行、供電可靠性、建設(shè)資金投入、用戶安全、設(shè)備安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問題。在專業(yè)技術(shù)方面涉及電力系統(tǒng)、過電壓與絕緣配合、繼電保護(hù)、通信與自控、電磁兼容、接地設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，尋找更經(jīng)濟(jì)合理的接地方式是一項(xiàng)新的課題。中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)非常重要卻又復(fù)雜的問題，到目前為止，還沒有出現(xiàn)一種接地方式能滿足各方面需要，本文所作的工作只是淺嘗，還有待于深入研究。

[1]李俊,崔學(xué)斌,吳佩雄,齊云秋.關(guān)于電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的幾個(gè)問題[J].黑龍江電力，2005-04-30.