電力系統(tǒng)中性點接地方式及其零序保護

劉 琦

中國化學工程第三建設有限公司電儀五公司

電力系統(tǒng)中性點接地方式及其零序保護

劉 琦

中國化學工程第三建設有限公司電儀五公司

電力系統(tǒng)中性點接地方式的合理選擇關乎電網的安全、穩(wěn)定運行，因此應予以足夠的重視。電力系統(tǒng)發(fā)生了單接地故障，必然出現零序電流及零序電壓，因此進一步加強對其的研究非常有必要，通過對零序電流和零序電壓的監(jiān)測和管理可以有效的實現對接地故障的監(jiān)測和處理，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?；诖吮疚姆治隽穗娏ο到y(tǒng)中性點接地方式及其零序保護。

電力系統(tǒng)；中性點接地方式；其零序保護

1　電力系統(tǒng)中性點接地

在電力系統(tǒng)中中性點接地方式是非常重要的運行方式，因此也是越來越受到重視。其主要是指三相交流電網中性點與大地間的電氣連接方式。中性點的接地方式總的來講分為中性點不接地、經消弧線圈接地、經小電阻接地及直接接地，前兩種在概念上稱為中性點非有效接地，后兩種稱為中性點有效接地。非有效接地系統(tǒng)在農村小電網用得較多，隨著電網規(guī)模的不斷發(fā)展，越來越多的電網已轉向中性點有效接地系統(tǒng)。但不論哪種接地方式，都有各自的適用場合和在工程應用中的不足，因此，必須做好技術預測，選擇更有效的中心點運行方式。

1.1中性點不接地系統(tǒng)

三相電位向量實際是零，和地電位相同，因此中性點是否接地對三相無影響。這種中性點與地之間無直接連接的方式通常稱為中性點不接地。但實際上電力系統(tǒng)的三相與地之間存有電容，因此中性點不接地本質上是三相對地電容相等時保持對地的零電位(圖1)。

當三相對地電容不相等時，中性點產生對地電勢差，即中性點位移，由于常態(tài)下產生的位移電壓較小，對電網影響小，可以忽略。當系統(tǒng)發(fā)生單相短路接地時，故障電流大致以“相線—設備外殼—設備接地電阻—大地—相線對地容抗—相線”的方向流動，由于相線對地容抗值極大，故障電流微小，接觸電壓也不大，對人身沒有危害，所以這種方式較中性點接地更安全。當線路不長、電壓不高時，接地電容電流小，引起的電弧會自動熄滅而不致引起跳閘。系統(tǒng)可以帶故障短時間繼續(xù)運行(一般允許時間為2小時)。但當電網線路長、電壓高時，接地電容電流大，在接地點易產生間持續(xù)的歇性電弧，這種持續(xù)可能會引起諧振過電壓，危及電網安全。

中性點不接地方式具有結構簡單，運行方便，投資較小、運行可靠的優(yōu)點，使用于規(guī)模不大的廠礦等中壓供電環(huán)境。

1.2中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)

在三相電力系統(tǒng)中，為減小單相接地處的接地電流，在電網中性點裝設一個消弧線圈來減小接地電流實現滅弧、保障電網穩(wěn)定，這就是中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)，又稱諧振接地系統(tǒng)(圖2)。

當發(fā)生單相故障接地時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點電壓發(fā)生偏移，和相電壓相等。該電壓作用在消弧線圈上，通過消弧圈產生與電容電流的方向相反的感性電流，與電容電流進行疊加補償，使接地處的電流變得很小或趨近于零，限制了接地故障電流的破壞作用，有利于接地電弧的熄滅。同時，由于各相線電壓保持不變，系統(tǒng)可以在短時間內帶故障繼續(xù)運行。

1.3中性點經小電阻接地系統(tǒng)

圖1 中性點不接地系統(tǒng)

圖2 中性點經消孤線圈接地系統(tǒng)

圖3 中性點直接接地系統(tǒng)的示意圖

中性點經小電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，非接地相電壓不升高或升幅較小，在設計時，各相對地絕緣可以按相電壓來考慮。

1.4中性點直接接地

中性點直接接地指的是電網中設備中性點經零阻抗接地，而非電力系統(tǒng)全部的變壓器均為中性點直接接地。這種接地方式不設置絕緣檢測裝置，通過快速切斷故障線路來保障電網的安全。

結合圖3，當單相發(fā)生故障接地時，故障相通過大地與電源構成單項回路，由于限流電抗值小，通過故障點的電流大，形成短路，引發(fā)斷路器迅速跳閘切斷故障線路，切斷故障后，中性點電壓不變，保持零，非故障相電壓和電流不變，實現了故障單相的局部控制和其他相的穩(wěn)定運行。但是，由于故障時接地電流太大，巨大的感應電壓對附近的弱電通訊系統(tǒng)干擾強，特別是與輸電線路平行敷設的通訊路線，危害更大。而且線路接地點會產生較大的跨步電壓和接地電壓，對人員的安全造成威脅。

2　零序保護

正常運行的三相電力系統(tǒng)中，三相電流的向量和趨近于零，當電路中發(fā)生觸電或漏電故障時，三相電流不平衡，此時的三相電流向量和就是零序電流。而系統(tǒng)發(fā)生接地時，零序電流和零序電壓會有大幅的波動，特別在出現短路時，將產生接近單相電流的零序電流。因此安裝零序電流互感器是檢測因系統(tǒng)接地情況的便捷方法。另外，使用零序電壓過濾器還可以檢測零序電壓發(fā)生的變化，通過多種監(jiān)測均可以達到監(jiān)控接地現象的效果。

2.1零序電流保護

電力系統(tǒng)出現了不對稱的情況，加上受到平行線路間的影響，就會使得線路零序電流出現問題，因此需要采取有效的方法進行控制，一般是設置限定值或方向元件，從容提高監(jiān)測的精度。

2.2零序方向電流保護

如果是單相接地出現短路的情況，就會使得零序電流方向發(fā)生改變，對此需要進一步加強判別零序電流方向，從而起到保護的目的。同時，由于故障帶的零序電壓會隨著傳輸距離衰減，因此也可以知道離故障點的距離會應當向到零序電壓，采用零序功率方向保護能達到其功效。

2.3放電間隙保護配置

在間隙擊穿的過程中，電流不是一直存在，對應于間隙的間歇性擊穿。也就是在整個過程中存在擊穿、恢復的過程。擊穿時有電流、恢復時有過壓。兩者都反映同一種運行情況(中性點過壓)。因此將過壓繼電器和過流繼電器兩者并聯去驅動時間元件。所以應當同時設置間隙電流保護和零序過電壓保護。

總之，電力系統(tǒng)中絕大多數故障都是單相接地故障，為提高其動作靈敏性，均裝設專門的接地保護裝置，該裝置構成簡單，易于實現。通常反映接地故障時的零序電流和電壓，稱為零序保護裝置，其對于電力系統(tǒng)具有很重要的作用，本文分析了電力系統(tǒng)中性點接地方式及其零序保護，以期提供一些借鑒。

[1]付惠琪，袁東升.電力系統(tǒng)中性點接地方式分析及選擇[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2006，06：493-496+526.

[2]楊照輝.高速鐵路電力系統(tǒng)中性點接地方式探討[J].電氣化鐵道，2007，01：10-13.