试析供配电系统中性点接地方式及选择

摘 要：随着社会经济的快速发展，实体经济对电力的需求越来越高．提高电力系统的安全运行质量，是供配电环节应具有的基本保障。因此，电力系统中性点的接地方式选择成为系统安全的关键。供配电系统的中性点接地方式涉及电网的安全运行、供电可靠性、过电压和绝缘的配合、继电保护、接地设计等多个因素，而且对设施及人身安全等方面有重要影响。目前供配电系统的接地方式主要有中性点不接地、中性点直接接地、中性点经电阻接地和中性点经消弧线圈接地四种，因此，接地方式的选择对供配电系统的可靠运行具有非常重要的意义。

关键词：电力系统；中性点；接地方式；选择原则；选择分析

中图分类号：F406文献标识码： A

一、电力系统中性点接地方式的种类

随着经济的发展人们对电力的需求越来越高，因而提高电力系统的安全运行以及供电的可靠性成为电力系统的首要环节，对电力系统中性点的接地方式选择就显得尤为重要。

电力系统中性点接地方式是指电力系统星形接法电力设备中的中性点与大地间的连接方式。电网按中性点接地方式主要划分为有效性接地和非有效性接地两大类。有效作接地又称大接地电流电网．具体方式有中性点直接接地、中性点经小电阻接地或小电抗接地。非有效性接地义称小接地电流方式，具体方式有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻抗接地等。

接地阻抗或接地电流的大小是相对的，需要明确的指标来界定两种接地方式，多数国家规定：系统的零序阻抗和正序阻抗的比值≤3，且零序电阻与正序阻抗的比值≤1的系统均属于有效接地系统；反之，属于非有效性接地系统。

1、中性点不接地系统

①正常运行时

电源和负载完全对称，电源的中性点和负载的中性点之间没有电位差，中性点电位为零，三项对地电容相等。三项电容电流相位互差120度，向量和为零。

②单项接地故障时

一相安全接地时，故障相导线的对地电容被短路。因而三相容性负荷对地电容不再对称。中性点的电位不等于地电位，即中性点发生电位移。未故障相的对地电压上升为线电压的数值，而相电压保持不变。若发生不完全接地，则故障相对地的电压应大于零而小于相电压。未发生故障的电压应大于相电压而小于线电压。一相完全接地故障时，接地总电流值等于正常时一相对地电容电流的3倍．或与系统线路三项总电容及相电压成正比。所以，线路越长，电容电流就越大。

2、中性点直接接地系统

当发生一相接地时，系统中性点仍保持地电位，但故障点的电流不再是系统对地的电容电流，而是单项接地短路的电流。这个电流较大，即使是瞬时性接地故障，也很难自动消除，为了弥补这一缺点，在该系统中广泛用自动重合闸继电保护装置。一般从发生瞬时接地故障致断路器跳闸后．到自动重新合闸0．5～1s内．瞬时接地故障一般都能消除。如果是永久性接地故障。继电保护能再次将断路器跳闸，不在第二次重合．待检修后再恢复供电。

3、中性点经消弧线圈接地系统

如果电压高、线路多、输送距离长，系统的接地电流增大到一定程度，单相接地故障时电弧不易熄灭．必须采用中性点经消弧线圈接地的方式。（消弧线圈是德国W．Petersen于1916年发明的．有时称比得生线圈）消弧线圈是一个带铁芯的电抗线圈，外形类似于变压器，铁芯柱中有很多间隙，间隙中有很多绝缘板，主要避免磁饱和，使线圈的电流与所加电压成正比变化．使消弧线圈具有消弧作用。

中性点经消弧线圈接地的电力系统，称为谐振接地系统。因为消弧线圈是一种补偿装置．又称补偿系统。采用该方式后，发生一相接地故障时，故障点除流过接地电容电流外，还流过消弧线圈的电感电流，这两种电流相互补偿。可使故障点的电流减小，电弧熄灭。根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流的补偿程度．可分为三种补偿方式。

①欠补偿状态：消弧线圈产生的电感电流小于接地的电容电流，脱谐度v>O。

②完全补偿状态：消弧线圈产生的电感电流等于接地的电容电流．脱谐度v=O。

③过补偿状态：消弧线圈产生的电感电流大于接地的电容电流，脱谐度v

为了避免电网正常运行时出现谐振过电压．消弧线圈一般工作在过补偿方式。

二、中性点接地方式选择的原则

1、经济因素

随电压等级的提高,输变电设备的绝缘费用在总投资中的比值也越来越高，中性点采用有效性接地，绝缘水平降低，减少设备造价。对于架空配电网，绝缘费用不显著，宜采用中性点小电流接地方式。

2、供电质量因素

单项接地是电力系统中最常见的一种故障。电力系统的运行经验表明非有效接地电网中，单相接地故障绝大多数是瞬时的，对于架空线路约有90％以上的故障是瞬时性故障。瞬时性单项接地故障能迅速自动消除,永久性接地故障也不需要立即断开线路,因此，非有效性接地反及大地提高了供电可靠性。

有效性接地则不同，不论单相接地故障还是瞬时的或永久性故障都必须立即自动切除故障线路。

3、安全供电因素

非有效性接地方式可以有效地限制单项接地故障电流的危害，对电网和设备均可起到保护作用。非有效性接地电网接地电流小，减小了触电概率。永久性单相接地故障的接地点电流小，接触电压和跨步电压很低一般没有危险。

4、过电压因素

非有效性接地系统更容易产生内部过电压。63kV及以下电网发生单项间歇性电弧接地故障时可产生过电压。

三、中性点接地方式选择分析

中性点接地方式的选择涉及技术、经济、安全等多方面，是一个综合性的问题，由于电力技术的水平和条件、运行经验等因素的不同，各地区对这个问题的处理方式不尽相同，掌握各级电力系统采用何种接地方式，对电力系统的安全运行非常重要。 1、大接地电流系统：大接地电流系统，即将中性点直接接地。该系统运行中若发生一相接地故障时，就形成单相接地短路，线路上将流过很大的短路电流，使线路保护装置迅速动作，断路器跳闸切除故障。大电流接地系统在发生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压基本不变，这是它的最大优点。因此在这种系统中的输电设备绝缘水平只需按电网的相电压考虑，较为经济（我国110kV及以上电网较多采用该方式）。此外，该系统单相接地故障时，不会产生间歇性电弧引起的过电压，不会因此而导致设备损坏。大接地电流系统不装设绝缘监察装置。 中性点直接接地系统缺点也很多，首先是发生单相接地故障时，不允许电网继续运行，防止短路电流造成较大的损失，因此可靠性不如小接地电流系统。其次中性点直接接地系统在运行中若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。此时若工作人员误碰带电导体，容易发生触电伤害事故。对此需要正确配置继电保护及严格的安全措施，以避免事故。中性点直接接地系统单相接地故障时产生的接地电流较大，对通讯系统的干扰影响也大，特别是当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。 2、小接地电流系统:小电流接地系统，即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统。小接地电流系统可分为中性点不接地系统，中性点经消弧圈接地或经电阻接地系统。 ①中性点不接地系统 中性点不接地系统，即是中性点对地绝缘。这种接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资经济。适用于lOkV架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。中性点不接地系统优点在于发生单相接地故障时，由于接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性。根据安全规则规定，系统发生单相接地故障后可允许继续运行不超过两小时，从而获得排除故障时间，也相对地提高了供电的可靠性。中性点不接地方式的缺点在于因其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。在发生弧光接地时，电弧的反复熄火与重燃，也是向电容反复充电过程。由于对地电容中的能量不能释放，造成电压升高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。 ②中性点经消弧线圈接地 中性点经消弧线圈接地系统，即是将中性点通过一个电感消弧线圈接地。自从1916年发明了消弧线圈至今，中性点经消弧线圈接地系统已有80多年的历史。中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性点不接地系统单相接地时产生电容电流，减少的弧光过电压的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接地故障仍可以继续供电的突出优点，但也存在产生间歇性电弧而导致过电压的危险。当接地电流大于30A时，产生的电弧往往不能自熄，造成弧光接地过电压概率增大，不利于电网安全运行。而消弧线圈是一个具有铁心的可调电感，当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。而当电流过零而电弧熄火后，消弧线圈尚可减少故障相电压的恢复速度，从而减少了电弧重燃的可能，有利于单相接地故障的消除。此外，通过对消弧线圈无载分接开关的操作，使之能在一定范围内达到过补偿运行，从而达到减小接地电流。这可使电网持续运行一段时间，相对地提高了供电可靠性。

中性点经消弧线圈接地系统的缺点主要在于零序保护无法检出接地的故障线路。当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。其次，消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。第三、中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率，还是不能彻底消除弧光接地过电压，也不能降低弧光接地过电压的幅值。 3、中性点经电阻接地 中性点经电阻接地系统，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并联回路，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，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压。有一定优越性。另外采用电阻接地方式的变电所当发生一相金属性接地后，健全相电压上升至系统电压，接地跳开后，三相电压迅速恢复到正常值，接地点电流值由系统电容电流的大小和中性点电阻值共同决定。在发生非金属性接地时，受接地点电阻的影响，流过接地点和中性点的电流比金属性接地时有显著降低，同时，健全相电压上升也显著降低，零序电压值约为单相金属性接地的一半。由此可见，采用中电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。 中性点经电阻接地系统的缺点在与由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。此外当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。 四、结论

随着电力技术的不断发展,科技水平的不断提高、系统设备的安全性也在逐步强化，电力供给服务经济活动的需求也在不断增长，因此电力系统的安全运行是至关重要的。在供配电与电力系统中，采用哪种接地方式都要根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行指标条件等因素经过技术与经济的综合比较来确定的，以达到系统最好的运行效果。

参考文献：

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