淺談四種常見的中性點接地方式及其影響因素

薛華

摘要 ：在電力系統(tǒng)中，把變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點與大地之間的連接方式稱之為電力系統(tǒng)中性點接地方式。電力系統(tǒng)中性點接地方式是為防止電力系統(tǒng)事故而采取的一項重要應(yīng)用技術(shù)，是電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)運行的技術(shù)基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)的電壓等級較多，不同額定電壓電網(wǎng)的中性點接地方式也不盡相同，從而使得電力系統(tǒng)的中性點有多種接地方式。確定電力系統(tǒng)的中性點接地方式需綜合考慮電網(wǎng)與線路結(jié)構(gòu)、過電壓保護(hù)與絕緣配合、繼電保護(hù)構(gòu)成與跳閘方式、供電可靠性與連續(xù)性、設(shè)備安全與人身安全等諸多因素。

關(guān)鍵詞：四種常見中性點接地方式 影響因素

中圖分類號：TV文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、四種常見的中性點接地方式

1.1中性點不接地方式

1.1.1中性點不接地原理綜述

中性點不接地方式，即中性點對地絕緣，結(jié)構(gòu)簡單，運行方便，不需要任何附加設(shè)備。該接地方式在運行中，若發(fā)生單相接地故障，流過故障點的電流僅為電網(wǎng)對地的電容電流，值很小，不形成短路回路。但是長時間的接地運行，容易形成兩相接地短路，甚至是三相接地短路；弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，這種過電壓能量大，持續(xù)時間長，同時在持續(xù)過程中，電網(wǎng)的單相接地還可能發(fā)展為兩點接地短路，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，其接地電流很小，若是瞬時故障，一般能自動消弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統(tǒng)的對稱性，可帶故障連續(xù)供電一段時間（一般為1~2h），從而獲得排除故障的時間，相對的提高了供電的可靠性。

1.1.2中性點不接地運行狀況分析

中性點不接地系統(tǒng)簡單網(wǎng)絡(luò)圖（單條線路）如下圖1.1所示：

a）b）

圖1.1 中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時的電路圖和相量圖

a）電路圖b）相量圖

不論是架空線路還是地下電纜，各相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與大地之間都存在著分布電容，如圖1.1所示。一般來說，線路零序電容的大小與線路的長度、導(dǎo)線的半徑、幾何均距以及線路與地面的距離等因素有關(guān)。在考慮線路充分換位的情況下，相同電容是相等的，并且三相的對地電容也是對稱的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點點位與地點位不等，中性點對地絕緣，必然存在對地電容，此電容很小，可以忽略。

1.1.3中性點不接地系統(tǒng)的特點

中性點不接地方式對于低壓配電系統(tǒng)具有運行維護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)，單相接地時允許帶故障運行兩個小時，供電連續(xù)性好等優(yōu)點。當(dāng)在該運行方式下發(fā)生單相接地故障時，僅故障相電壓升高√3倍，而線電壓維持不變，所以不影響三相設(shè)備的正常運行，這是該種接地方式的最大優(yōu)點。

1.2中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

1.2.1中性點經(jīng)消弧線圈接地原理綜述

采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，即在中性點和大地之間接入一個電感消弧線圈。消弧線圈主要是由帶氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞組組成，它們被放在充滿變壓器油的油箱內(nèi)，繞組的電阻很小，電抗很大。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進(jìn)行補償，使流過接地點的電流減小到能自行熄弧范圍，其特點是線路發(fā)生單相接地時，按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運行1~2小時。

1.2.2中性點經(jīng)消弧線圈接地運行狀況分析

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地的電流分布如圖3.2所示。

a） b）

圖3.2消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地時的電流分布

a）電路圖b）相量圖

從圖3.2中可知，當(dāng)發(fā)生單相接地時，非故障線路電容電流的大小、方向與中性點不接地系統(tǒng)一樣;但對故障線路而言，接地點增加了一個電感分量的電流。

1.2.3中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的特點

當(dāng)接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間隙接地過電壓，中性點經(jīng)消弧線圈接地，在大多數(shù)情況下能夠迅速地消除單相的瞬間接地電弧，而不破壞系統(tǒng)的正常運行。接地電弧一般不重燃，從而把單相電弧接地過電壓限制到不超過2.5Us (Us為系統(tǒng)相電壓)。很明顯，在很多單相瞬時接地故障的情況下，采用消弧線圈可以看作是提高供電可靠性的有力措施。

1.3中性點經(jīng)電阻接地方式

中性點經(jīng)電阻接地方式，即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優(yōu)越性。

1.3.1中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的分類

中性點經(jīng)電阻接地按照單相接地故障電流的大小可分為經(jīng)低電阻、中電阻和高電阻三種方式，如表3-1所示[3]：

表3-1 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)分類

電阻接地方式 高電阻 中電阻 低電阻

單相接地故障電流（A） <10 30~100 600~1000

電阻阻值（Ω） 數(shù)百~數(shù)千 10~100 <10

1.3.2中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的特點

采用中性點經(jīng)電阻接地方式，雖然不如消弧線圈那樣在事故情況下可以堅持運行1~2小時，但是它可以立即切除故障，最大限度的保證電網(wǎng)的安全供電，減小了事故的不利影響。

中性點經(jīng)電阻接地的主要問題在于：

（1）對于架空線或者架空線與電纜混合運行的配電網(wǎng)，單相瞬時接地跳閘率大大增加。如果沒有安裝自動重合閘或者沒有備用支路，則將降低供電可靠性。

（2）繼電保護(hù)裝置必須要有較高的靈敏度和可靠性，否則易造成越級跳閘擴(kuò)大事故。

（3）對通信和信號系統(tǒng)容易造成干擾。

1.4中性點直接接地方式

采用中性點直接接地方式時，電力系統(tǒng)中性點的電位在任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地時，這一相直接經(jīng)過接地點和接地的中性點短路，單相接地短路電流的數(shù)值最大，因而立即使繼電保護(hù)動作，將故障部分切除。中性點直接接地的主要特點是它在發(fā)生單相接地故障時，非故障相對地電壓不會增高，因而各相對地絕緣可按相對地電壓考慮。由于接地電流較大，繼電保護(hù)一般都能迅速而準(zhǔn)確地切除故障線路，且保護(hù)裝置簡單，工作可靠。

2影響中性點接地方式的主要因素

2.1供電可靠性

單相接地是電網(wǎng)中最常見的一種故障。當(dāng)中性點直接接地系統(tǒng)單相接地時，將產(chǎn)生很大的接地電流，個別情況下甚至比三相短路電流還大，任何部分發(fā)生單相接地故障時必須將它切除，即使采用自動重合閘裝置，在發(fā)生永久性故障時，供電仍將長期中斷。單相接地故障絕大多數(shù)是瞬間性的，特別是架空線路電網(wǎng)，只要是小電流接地系統(tǒng)，便無需繼電保護(hù)和斷路器動作，在系統(tǒng)和用戶幾乎無感覺的情況下，接地電弧便可瞬間自動熄滅，系統(tǒng)可以保持連續(xù)供電。而對于極少數(shù)的永久單相接地故障，可以允許電網(wǎng)在一定時間內(nèi)帶故障運行。因此，從供電可靠性和故障范圍的觀點來看，小接地電流電網(wǎng)，特別是經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)具有明顯的優(yōu)越性。

3.3人身安全

人身安全也是選擇中性點接地方式的一個主要方面，對于人身安全主要考慮以下三點：

（1）單相接地電流流入大地附近的跨步電壓；

（2）人接觸接點的設(shè)備金屬部件（正常時不帶電）；

（3）人直接觸及處于工作電壓下的帶電部分。

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障點及中性點接地裝置附近都會產(chǎn)生較大的接地電流和跨步電壓，容易對人身安全造成傷害，跨步電壓的大小取決于接地點故障電流的大小，在考慮中性點接地方式的時候如何通過限制接地電流也是一個重要的參考指標(biāo)。

一般認(rèn)為，在大接地故障電流的條件下，防止人身事故與設(shè)備事故，即使瞬間跳開故障線路也依然存在問題。只有限制單相接地故障電流、降低接觸電壓和跨步電壓方能達(dá)到目的。

3.3設(shè)備安全

中性點經(jīng)消弧線圈接地方式可以有效地限制接地故障電流的危害性，不僅能夠保護(hù)人和動物的生命安全，同時對電力設(shè)備均可起到不同程度的保護(hù)作用。在低電阻接地方式下，為了能使零序保護(hù)正確動作，需要有足夠大的接地電流來啟動。隨著電容電流的增大，將會使故障點和中性點的地電位升高，可能超過一些設(shè)備的絕緣水平。當(dāng)中壓側(cè)向低壓側(cè)閃絡(luò)擊穿時，低壓中性線上有環(huán)流而產(chǎn)生過電壓，同時降壓變壓器的接地體與低壓中性線或接地體之間的耦合，可在低壓側(cè)引起過電壓。

3.4其他影響因素

除了上面分析的主要因素外，還有其他一些因素，像運行上的便利、傳統(tǒng)做法和原有系統(tǒng)的接地方式等等，在選擇中性點接地方式時，都應(yīng)該加以考慮。上述諸因素往往是互相聯(lián)系的，甚至有些是互相矛盾的，這使得中性點接地方式的選擇成為一個錯綜復(fù)雜的綜合性問題。

參考文獻(xiàn)

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[4]?萬善良.上海市區(qū)配電網(wǎng)中性點接地方式的技術(shù)分析[J].上海電力,?2006,（1）：46～53.

[5]?要煥年,曹梅月.電纜網(wǎng)絡(luò)的中性點接地方式問題[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003,?27（2）：84～89.