3～66kV電力系統(tǒng)中性點接地方式分析

馬德全

（南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司，江蘇 南京 210036）

隨著城市電網(wǎng)的迅速發(fā)展，用電負(fù)荷的不斷增加，中壓使用電纜配電區(qū)域越來越多，導(dǎo)致接地電容電流大大增加，促使這些地區(qū)開始使用經(jīng)中、低值電阻接地的方式。在水泥及冶金行業(yè)，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，水泥廠和鋼廠規(guī)模越來越大，原有的單一采用非有效接地方式已不能滿足發(fā)展的需要，一些企業(yè)已采用經(jīng)電阻的接地方式。如江蘇聯(lián)合水泥有限公司110/6kV總降壓站主變壓器6kV中性點采用的是經(jīng)中電阻接地，有效減少了單相接地產(chǎn)生的弧光間隙過電壓，消除了對人身和設(shè)備的危害，故我公司設(shè)計的江蘇聯(lián)合水泥有限公司5 500t/d熟料水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程電氣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，零序保護(hù)必須動作于跳閘。電力系統(tǒng)電源中性點的不同運行方式，對電力系統(tǒng)的運行特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時有明顯的影響，而且影響系統(tǒng)二次側(cè)繼電保護(hù)及監(jiān)測儀表的選擇與運行。

電力系統(tǒng)運行方式的現(xiàn)狀：我國3～66kV系統(tǒng)特別是3～10kV系統(tǒng)，一般采用中性點不接地的運行方式。如果其單相接地電流大于一定數(shù)值時（3～10kV系統(tǒng)中接地電流大于30A，20kV及以上系統(tǒng)中接地電流大于10A時），則采用中性點經(jīng)消弧線圈接地等運行方式。我國110kV及以上系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)一般采用中性點直接接地運行方式。

1 不同中性點接地方式的比較

3～66kV電力系統(tǒng)中性點采用何種接地方式各有優(yōu)缺點，只有進(jìn)行合理的比較、選擇，才能做到安全、可靠及經(jīng)濟面的最大化。下面對電力系統(tǒng)中性點主要接地方式的采用進(jìn)行比較。

1.1 中性點不接地系統(tǒng)

系統(tǒng)正常時，各相的對地電壓等于各相的相電壓。發(fā)生單相接地故障時，接地相對地電壓降為零，非接地兩相的對地電壓升高到原對地電壓的1.732倍，即等于線電壓，線電壓沒有改變。各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞。這種系統(tǒng)中相對地的絕緣水平都是按線電壓來設(shè)計，因此可繼續(xù)運行一段時間，這是這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點，但不許長期接地運行，尤其是發(fā)電機直接供電的電力系統(tǒng)。因為長期帶著接地故障點運行可能引起非故障相絕緣薄弱處損壞，造成兩相接地短路。所以在這種系統(tǒng)中，一般應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視或接地保護(hù)裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地時能發(fā)出信號，使值班人員迅速采取措施，盡快消除故障。發(fā)生一相接地故障后，允許繼續(xù)運行的時間不得超過2h。發(fā)生單相接地時，流過故障點的電容電流大小為原來相對地電容電流的3倍，接地電流將在故障點形成電弧，電弧可能是穩(wěn)定的或間歇性的。有穩(wěn)定電弧的單相接地是危險的，因為電弧可能燒壞絕緣或燒壞設(shè)備，引起兩相甚至三相短路。尤其是在電機內(nèi)部，一相導(dǎo)體的絕緣損壞，導(dǎo)體與接地的鐵芯或外殼之間產(chǎn)生電弧，則電弧燒損鐵芯或外殼就不易修復(fù)。故在這種系統(tǒng)中，若接地電流大于5A時，發(fā)電機、變壓器和電動機都應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護(hù)。

1.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)又稱為諧振接地系統(tǒng)。消弧線圈是一個具有鐵芯的電感線圈，線圈的電阻很小，電抗很大。該接地系統(tǒng)有如下優(yōu)點：（1）發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流補償電網(wǎng)產(chǎn)生的容性電流，可以使故障點電流接近于零，一般允許帶故障運行2h，增強了供電可靠性。（2）故障電流小，大大降低了故障建弧的概率，可以有效阻止瞬時性接地向永久性接地故障的演變。（3）故障電流小，對附近通訊線路干擾小。該接地方式也存在一些問題，當(dāng)系統(tǒng)運行方式改變時會因補償不當(dāng)引起諧振過電壓；線路發(fā)生永久性接地故障時，不利于快速隔離接地線路，造成故障時間較長，可能使事故擴大。

1.3 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)

（1）中性點經(jīng)高值電阻接地系統(tǒng)。

中性點經(jīng)高值電阻器接地系統(tǒng)是限制接地故障電流水平為10A以下，高電阻接地系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合系統(tǒng)每相零序電阻R0≤每相對地容抗Xc0準(zhǔn)則，電阻一般大于500Ω，以限制由于間歇性電弧接地故障時產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓。主要優(yōu)點：①可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，在2.5P·U及以下。②接地電流水平為10A以下，減小了地位升高。③電網(wǎng)在接地時可以繼續(xù)運行2h，方便查找處理故障，也可以迅速切除故障。

高電阻接地一般用于單相接地故障要求瞬時切機的125MW及以上的發(fā)電機回路中。高阻接地的目的主要是發(fā)電機定子繞組在單相接地故障時，避免產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓，同時還要盡量降低接地故障電流對鐵芯的灼傷程度。常用的做法是在發(fā)電機的中性點連接1臺單相接地變壓器，電阻接在變壓器的二次側(cè)。電阻值乘以變比的平方歸算到一次側(cè)呈高阻值，這樣電阻可以取較小值而容易制作?；芈分醒b設(shè)隔離開關(guān)用于試驗和檢修，裝設(shè)電流互感器用于監(jiān)視不平衡電流。

（2）中性點經(jīng)低值電阻接地系統(tǒng)。

該方式的特點是獲得一個大的阻性電流疊加在故障點，其優(yōu)點：①過電壓水平低，諧振過電壓不會產(chǎn)生，可采用絕緣水平低的電纜和設(shè)備。②由于故障電流大，繼電保護(hù)的有選擇性動作和靈敏度得到了保證。③快速切除故障，人生安全事故降低，事故范圍降至最小。

低電阻接地的接地故障電流一般達(dá)600～1 000A，電阻值一般為小于10Ω，零序電流只有通過三相電流互感器二次側(cè)按零序濾過器方式獲取，由于高壓電機起動電流含有直流分量，三相電流互感器不同程度飽和，會使零序誤動作，當(dāng)電流互感器變比較大，而零序電流較小時，動作電流定值配合也比較困難。由于故障電流太大，電阻的發(fā)熱量很大，電阻需要合金材料制造才能滿足要求，造價高，體積大。

（3）中性點經(jīng)中值電阻接地系統(tǒng)。

中電阻在擁有低電阻接地方式的優(yōu)點之外，還克服了低電阻的不足。中電阻接地的接地故障電流一般在30～300A之間，可以采用零序電流互感器獲取零序電流，避免了由電流互感器所帶來的不足。而發(fā)熱量也不大，可以用鑄鐵電阻，成本低。在30～300A這個范圍內(nèi)，選擇一個適當(dāng)?shù)碾娏髦?，綜合繼電保護(hù)裝置容易選擇，保護(hù)定值的靈敏度也很容易達(dá)到。因一般供配電系統(tǒng)均有兩級配電，即主配電級和分配電級，繼電保護(hù)定值就要分三級選擇性動作，即主配電級主進(jìn)線、主配電級饋電、分配電饋電三級保護(hù)定值要滿足選擇性動作。為達(dá)到選擇性動作和各級靈敏度要求，方便定值整定，建議接地故障電流選擇100A以上。

在發(fā)電廠中，發(fā)電機電壓的電阻器可裝在發(fā)電機中性點上。廠用電系統(tǒng)的電阻器可裝在廠用變壓器中性點上。在城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)和工礦企業(yè)、公共設(shè)施的變電所中，電阻器一般裝在變壓器的中性點上。如變壓器無中性點或中性點未引出，應(yīng)裝設(shè)專用接地變壓器。在選擇電阻器的連接位置時，應(yīng)當(dāng)避免由于運行方式的改變或者故障跳閘，而使電網(wǎng)處于不接地的狀態(tài)。

對于以電纜線路為主又有備用電源供電的中壓電網(wǎng)，而且其自動裝置水平較高，中性點經(jīng)中值電阻接地是一種較為理想的方式。因為以電纜線路為主的電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，流過故障點的電容電流很大，容易發(fā)展為相間故障，且多為永久性接地故障，需要及時跳閘，切除故障線路。而有備用電源的中壓電網(wǎng)可保證供電的連續(xù)性，最大限度地減少停電范圍。

2 結(jié) 語

在工程設(shè)計時，對于3～66kV電力系統(tǒng)中性點接地方式的選擇應(yīng)結(jié)合具體條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定，一般認(rèn)為：

（1）對于架空線多的小電網(wǎng)，且網(wǎng)絡(luò)電流小于10A，可選用中性點不接地系統(tǒng)。

（2）對于架空線路多的大電網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò)電容電流大，可選用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。

（3）對于新建的廠礦電網(wǎng)或者城市電網(wǎng)，由于配電網(wǎng)采用電纜配電較多，雷擊事故很少，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較好，備用電源線路完善或為環(huán)網(wǎng)供電，建議選用中性點經(jīng)中值電阻接地系統(tǒng)。

[1]李潤先.《中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實用技術(shù)》[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]平紹勛，周玉芳.電力系統(tǒng)中性點接地方式及運行分析[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]李穎峰.配電網(wǎng)中性點接地方式探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，36（19）：58-60.