电力系统中性点接地方式的分析与选择

电力系统中性点接地方式的分析与选择

罗帆

关键词：电力系统；中性点；接地方式

1.引言

在电力系统中，三相交流发电机或变压器绕组星形接线的公共点称为中性点。中性点接地方式的合理选择是系统运行稳定与安全的重要基础。它与整个电力系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、继电保护及通信干拢等有密切的关系。

电力系统中性点接地方式可划分为两大类，即大电流接地方式和小电流接地方式。其中大电流接地方式分为中性点直接接地，中性点经小电阻、小电抗接地；而小电流接地方式主要有中性点不接地，中性点经高阻抗接地，中性点经消弧线圈接地等方式。

2.中性点接地方式的分析

2.1中性点直接接地

通过将系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现，通常在220kV以上系统中，为了降低超高压电力变压器中性点绝缘强度，应将全部变压器中性点都直接接地。在中性点直接接地电网中若发生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压不变。由于单相接地短路电流Id较大，线路继电保护装置能迅速切断电路，从而防止了产生间歇性电弧过电压的可能。但是这样造成该方式供电的可靠性不高，为弥补其缺点，广泛采用自动重合闸装置。

2.2中性点不接地

中性点不接地系统即中性点对地绝缘。对中性点不接地的三相电网，当三相对称且各相对地电容相等时，中性点电位为零。但当架空线路排列不对称而又换位不完全时，中性点电位不再是零，产生“中性点位移”。正常运行中，三相对地电容电流相等，相位差120°，没有电容电流流过大地，中性点无位移。当各相对地电容不等时，中性点位移。当发生单相接地短路时，两个非故障相的对地电压升高，接地电流可达到正常单相对地电容电流的三倍。根据有关规定，中性点不接地系统发生单相接地故障后，可继续运行不超过2小时，从而获得排除故障时间，提高了供电的可靠性。

2.3中性点经消弧线圈接地

中性点不接地系统具有单相接地故障时可继续供电的优点，但当接地电流较大时易产生接地而造成危害。为了克服该缺点，可设法减小接地处的接地电流。采用的方法是在出现单相接地故障时使接地处流过一个感性电流，从而减小接地电流。消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈，装设于电网中性点。电网正常运行时，电源中性点为零，消弧线圈和地中无电流流过。电网发生接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。此外，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可显著减少故障相电压的恢复速度，减少电弧重燃的可能性，有利于单相接地故障的消除。避免了单相瞬时接地故障的跳闸，提高可靠性同时也减轻了设备的损坏程度。

2.4中性点经高阻抗接地

中性点经高电阻接地方式。即是中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成串联回路，故其接线方式与经消弧线圈接地方式相似。由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，采用这种方法同时又对可能出现的过电压幅值和陡度进行阻尼和扼制。此方式经常用于单相接地电流大于允许值的大型发电机。

3.中性点接地方式的选择

中性点接地方式是一个涉及到电力系统各个方面的综合性问题，在选择时须考虑以下因素：

3.1供电可靠性

供电可靠性是对电力系统的首要要求。单相接地是电网中最常见故障。当中性点直接接地系统单相接地时，将产生很大的接地电流，个别情况甚至比三相短路电流还大，任何部分发生单相接地故障时必须将它切除。即使采用自动重合闸装置，在发生永久性故障时，供电仍将长期中断。小接地电流系统发生单相接地故障时，流过故障点的电流是数值不大的电容电流，因此绝大多数单相接地故障能迅速自行消除，即使遇到持久性接地故障，也不需立即断开线路，保证供电的不间断。因此，从供电可靠性和故障范围的观点来看，小接地电流电网特别是经消弧线圈接地的电网具有明显的优越性。

3.2电气设备和线路的绝缘水平

电气设备的绝缘水平与中性点的接地方式是密切相关的。绝缘会影响到设备的安全性和可靠性，以及投资的经济性。中性点接地方式对系统的过电压和绝缘水平有着很大影响。电气设备和线路的绝缘水平除与长期最大工作电压有关外，主要决定于各种过电压的大小，对于小接地电流系统来说，无论最大长期工作电压或各种过电压均较中性点直接接地时要大。一般说来，中性点直接接地系统的绝缘水平与不直接接地系统相比，大约可降低20％，所以从过电压与绝缘水平的观点来看，采用接地程度越高的中性点接地方式越有利。

3.3继电保护工作的可靠性

小电流接地的继电保护问题一直是大的技术难题，在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护比较困难。现在利用微机计算速度快，灵敏度高和判断能力强的特点，使小电流保护的问题得到了较好的解决。中性点直接接地系统中，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切断故障，且结构简单，工作可靠。所以从继电保护的角度出发，以采用大接地电流系统的工作方式较为有利。

3.4对通信与信号系统的干扰

通信干扰可由两种原因产生，均与中性点接地方式密切相关，如果零序阻抗较高，以电容耦合为主，较低则以电感耦合为主。当电网正常运行时，三相对称，则不管中性点接地方式如何，中性点电位为零，各相电流及对地电压三相对称，因而它们在线路周围空间各点形成的电场和磁场彼此抵消，不会对通信和信号产生干扰。但当电网发生单相接地时，所出现的单相接地电流将形成强大的干扰源，电流愈大干扰愈严重。因此，从干扰的角度来看，中性点直接接地系统最为不利。

3.5人身安全

发生单相接地故障时，故障点及中性点接地装置附近会产生较大的接地电流和跨步电压，容易对人身安全造成伤害。跨步电压的大小取决于接地点故障电流的大小，如何限制接地电流保障人身安全也是重要的参考因素。

除上述因素外，运行便利、传统做法、原有系统的接地方式等因素都应加以考虑。

4.结论

中性点不同的接地方式都有其特点，根据不同电压等级及设备的差异，选择了不同的中性点的接地方式，可以保证系统的稳定可靠运行和在故障情况下对设备的有效保护。作为电气工程师需加强对中性点接地方式的研究，提高技术水平，严格执行规范和规程中的措施和要求，保证电力系统的长期稳定运行。

参考文献

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