電力系統(tǒng)中性點接地方式分析

一、中性點不接地系統(tǒng)

中性點不接地系統(tǒng)是中性點非有效接地系統(tǒng)的一種。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，流經(jīng)故障點的穩(wěn)態(tài)電流是單相對地電容電流。在中性點不接地的系統(tǒng)中，接地故障電流總是通過電源變壓器的假想接地中性點接地，從而給單相接地故障電流提供回來的通路。不接地系統(tǒng)，通常故障電流只有幾十安培，其值遠(yuǎn)小于正常的負(fù)荷電流，一般不會對線路、電纜或其他設(shè)備造成破壞。但該電流的持續(xù)時間不宜過長，需要單相接地選線保護及時報警或自動切除故障線路。每一回饋出線用一組獨立的集中對地電容作模擬分布電容值。由于系統(tǒng)中的任何中性點都不接地，所以系統(tǒng)中的任何一點的零序阻抗為無窮大。對于零序電流而言，線路或其它元件的串聯(lián)阻抗比以線路對地導(dǎo)納表示的并聯(lián)阻抗小得多，因此可以忽略不計。此時接地故障電流由各相對地的電容構(gòu)成的回路決定。

二、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

采用消弧線圈接地后，故障點電流由于電容電流和電感電流的抵消，殘余電流比較小，易于自行熄滅。必須說明的是上述現(xiàn)象是指基波而言的。但電網(wǎng)上同時存在3次、5次等諧波電流，這種電流無法被消弧線圈的電感電流所補償。利用這一特點，設(shè)計出反映5次諧波電流的繼電保護裝置，使在電網(wǎng)發(fā)生一相接地故障時，能正確指示故障線路。

適用范圍：廣泛應(yīng)用于3～60千伏電壓等級的電力網(wǎng)。

消弧線圈的應(yīng)用有下述一些情況：

（1）故障點電流經(jīng)補償后，由于殘余電流較小，易于自行熄滅。尤其是在架空配電網(wǎng)中，一相故障占多數(shù)，線路絕緣子在電弧熄滅后，絕緣能迅速自行恢復(fù)。因此架空配電網(wǎng)以及架空線、電纜混合配電網(wǎng)大多數(shù)采用消弧線圈接地。

（2）消弧線圈接地的電網(wǎng)在繼電保護方面存在不能正確指示故障饋線的問題。近年來采用微機繼電保護方式，其效果尚待實踐的驗證。

（3）消弧線圈的分接頭切換有待改進為自動調(diào)諧系統(tǒng)，主要問題在設(shè)備的研制開發(fā)和實際運行經(jīng)驗的積累。

（4）一相接地短路后，如電弧不能自行熄滅，則電網(wǎng)將在一相接地情況下持續(xù)運行，直到故障消除或隔離。在一相接地情況下運行，三相對地電壓不平衡，對鄰近電信線路由于容性耦合（電容影響）將產(chǎn)生危險影響或干擾影響，要進行計算并研究防止和保護措施。

三、中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)

中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時，故障點電流將增大，跳閘次數(shù)會大大增加，如果線路沒有重合閘，停電次數(shù)將會增加，供電可靠性降低，但在以電纜為主的電網(wǎng)中，因故障率低，使得這一問題并不突出。

對于在接地故障下的工頻過電壓，作為一個限制故障電流的設(shè)備來看，電阻器要比電抗器差。在散熱和保持供電可靠性方面，也不是很有利，還存在一個危險的電阻值范圍。在這范圍內(nèi)，接地故障時消耗的電能大到足以引起發(fā)動機間大相位搖擺，或甚至使穩(wěn)定性受到危害。在電阻接地的系統(tǒng)里，當(dāng)電阻值選擇適當(dāng)時，有時亦能得到改善穩(wěn)定性的效果，這是由于電阻器內(nèi)的電能損失會頂上故障時因供電電壓降低而減少的用電負(fù)荷。電阻接地是防止弧光接地的有效措施，具體的電阻值可以變化很大。

四、中性點直接接地系統(tǒng)

中性點直接接地方式，是將中性點直接接入大地。該系統(tǒng)運行中若發(fā)生一相接地時，就形成單相短路，其接地電流很大，使斷路器跳閘切除故障。這種大電流接地系統(tǒng)，不裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。中性點直接接地系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)過電壓最低，產(chǎn)生的接地電流大，故對通訊系統(tǒng)的干擾影響也大。當(dāng)電力線路與通訊線路平行走向時，由于耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對通訊造成干擾。中性點直接接地系統(tǒng)在運行中若發(fā)生單相接地故障時，其接地點還會產(chǎn)生較大的跨步電壓與接觸電壓。此時，若工作人員誤登桿或誤碰帶電導(dǎo)體，容易發(fā)生觸電傷害事故。對此只有加強安全教育和正確配置繼電保護及嚴(yán)格的安全措施，事故也是可以避免的。

五、各種中性點接地方式的比較

1.中性點不接地系統(tǒng)的主要優(yōu)點是它能自動清除單相接地故障，而不會跳閘。但當(dāng)線路很長時，電容電流將很大，接地電弧則不能自動熄滅，前述優(yōu)點就不存在了。中性點不接地系統(tǒng)的致命缺點是最大長期工作電壓與過電壓較高，特別是存在電弧接地過電壓的危險。因此，隨著配電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，中性點不接地系統(tǒng)逐步會被其它接地方式取代。

2.中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，可以直接消除中性點不接地系統(tǒng)的兩個嚴(yán)重缺點，實現(xiàn)靈敏而有選擇性的接地保護，并減小電弧接地過電壓的危險。

該系統(tǒng)的主要缺點是：

（1）同中性點不接地系統(tǒng)相似，要求有較高的絕緣水平。

（2）同大電流接地系統(tǒng)一樣，發(fā)生單相接地故障時，必須開斷線路。

（3）電阻器制造困難。這種中間狀態(tài)的中性點接地方式，在很早以前曾十分流行，目前高壓系統(tǒng)中已很少采用，原因是在某種程度上，它幾乎同時具有直接接地、不接地和經(jīng)消弧線圈接地三種方式的主要缺點。

3.從經(jīng)濟角度看，中性點直接接地是一種投資最小的接地方式，其主要原因如下：

（1）系統(tǒng)的過電壓較低，可以采用保護特性較好的閥型避雷器，設(shè)備的絕緣水平可取得低一點。

（2）不需要任何附加的接地設(shè)備。

（3）在電壓為 110kV 以上的電力系統(tǒng)中，可以采用分級絕緣的電力變壓器。 但在這種系統(tǒng)中，一切故障都將引起斷路器的跳閘，且單相接地電流很大，有時還會超過三相短路電流，因此這要影響對斷路器遮斷能力的選擇。另外，接地電流過大有時還會嚴(yán)重?zé)龎膶?dǎo)體和影響通訊系統(tǒng)的正常工作。

4.中性點經(jīng)消弧線圈接地又叫諧振接地（共振接地），采用這種接地方式的電網(wǎng)又稱為補償接地電網(wǎng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中，用消弧線圈的目的是補償或中和電網(wǎng)中的接地電容電流。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，單相接地電流將可以被補償或中和到很小的數(shù)值，因此一般情況下接地電弧不能維持，而且在電流經(jīng)過零點使電弧熄滅后，消弧線圈的存在還能顯著減小故障相電壓的恢復(fù)速度，減小了電弧重燃的可能性。正是這樣，單相接地故障將會自動消除。應(yīng)用消弧線圈，不但可以使單相接地故障所引起的停電事故大大減小，還將大大減少發(fā)生多相短路故障的次數(shù)。但是該系統(tǒng)也有它自己的缺點，補償電網(wǎng)的運行比較復(fù)雜，接地投資也比較大，接地選線保護存在一些困難。