小议电力系统中性点接地方式及其零序保护

摘 要：电力系统中性点接地方式指的是电力系统中变压器或发电机中性点与地之间的连接方式。研究表明，选择合理的中性点接地方式，能对电力系统的短路电流及过电压水平产生有效的抑制作用。对此，文章分别从电力系统中性点接地方式的三种具体形式出发，浅析如何选择最佳的中性点接地方式，以供同行参考。

关键词：中性点；接地方式；消弧线圈

引言

电力系统中性点的接地方式多样，而文章仅对以下三种形式进行讨论：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点直接接地三种形式。

1 电力系统中性点不接地方式的选择与应用

所谓不接地，指的是中性点与地之间毫无实质性的连接，但电力系统的三相实际上与地之间存有电容，即中性点不接地是经等值电容实现接地的，且中性点不接地的零序电抗是可变的有限值，因此中性点不接地区别于中性点绝缘。中压电力系统常采用中性点不接地系统。电力系统中性点不接地方式的优缺点如下：

1.1 供电安全

当三相供电系统发生单相接地时，中性点不接地的短路电流比直接接地小■（C是单相对地电容）倍，因此相对于直接接地，中性点不接地更安全，注意井下低压供电系统或爆炸危险场所只能选择中性点不接地方式。

1.2 供电可靠

当中性点不接地配电网出现单相接地故障时，线电压总是保持对称不变，且故障点仅有很小的短路电流，因此不会影响到用户的用电安全。正因如此，现有配电网中中性点不接地方式的使用率达80-90%。此外，较短线路的接地电容仅产生较小的电流，接地电弧可自动熄灭，从而免于线路跳闸，即中性点不接地系统允许带故障运行；较长线路的接地电容会产生较大的电流，则易形成间歇性电弧和高幅值的弧光接地过电压，此时需以继电保护来进行改善。

1.3 中性点电位升高

中性点不接地系统出现单相接地故障时，中性点电压升为相电压，则中性点的绝缘水平应达到相电压的标准，但多数服役期的电网主变均为分级绝缘变压器，如此定会阻碍中性点不接地系统的广泛应用。

综上可知，中性点接地方式尤其适用于三相供电系统、线路较短的配电网，且井下低压供电系统或爆炸危险场所只能选择中性点不接地方式。

2 中性点经消弧线圈接地

2.1 经消弧线圈接地的优缺点

优点：单相故障时难以维持接地电弧，当电流过零时，电弧会自行熄灭；且当电弧熄灭时，消弧线圈可减缓故障点电压的恢复速度，从而实现对单相接地故障的有效控制；单相接地时，系统接地点的电流不受故障点的影响，且残留较小，同时消弧线圈可对单线接地故障变为相间短路起到抑制作用，此时电力设备的继电保护及断路器均无需动作。缺点：中性点经消弧线圈接地时，暂态过电压和工频过电压均较高，补偿电网的运行较复杂，则短时间很难适应电网的变化，且此系统的零序网络与补偿线圈和接地电容组成的LC串联电路相似，如果参数配合不合理，则易出现过高的谐振过电压。对此，常用的解决办法为：在消弧线圈的端部并入电阻，以防产生谐振过电压，从而实现接地保护选线和控制中性点在正常运行时的电压。

2.2 中性点位移电压的降低

DL/T620-1997规定：正常运行时，经消弧线圈接地的系统内中性点长时间的电压位移应？芨系统标称相电压？鄢15%。若中性点位移电压为Un，则Un的函数式为：Un={U0/[R+j（XL-XC）]}（R+jX1）=U0/■，其中，U0为不对称电压；d为电网的阻尼率；v为消弧线圈的脱谐率。据此可知，避免中性点位移电压过高的方法有：（1）降低U0；（2）增加v，即在满足规定的前提下，使残留中仅保留未被补偿的高次谐波分量和有功分量；（3）增大d，即可将功率较大的阻尼电阻串入消弧线圈的一次回路上，但加装电阻会影响到电弧的瞬间熄灭，则应在满足规定的前提下，减小阻值，且在单相接地故障发生时，及时切除电阻。中性点经消弧线圈接地方式的应用时间较早，主要应用于35kV以下的供电系统中及易燃易爆区。对于此类接地方式的缺点，应根据工程实际，在消弧线圈的端部并入电阻，以防产生谐振过电压。

3 中性点直接接地

中性点直接接地指的是电力设备中性点经零阻抗接地，而非电力系统全部的变压器均为中性点直接接地。中性点直接接地时，限流电抗值较小，则单相接地时会有较大的电流流过故障点，从而严重影响到电力设备的正常运行及扩大故障范围，并最终引起大面积的停电及威胁到运行人员的人身安全。图1为中性点直接接地系统的示意图。

图1 中性点直接接地系统的示意图

结合图1可知，正常运行时，三相电压与电流对称，同时中性点直接接地存在以下优点：电力设备的继电保护易动作，即经断路器的瞬时动作，可缩小较大短路电流的流经范围及使中性点电位停留在地电位。如此一来，最大长期工作电压仍为相电压，则可降低接地故障产生的暂态电压。据此可知，中性点直接接地适用于超过110kV的电网，理由是此类电网的单相接地率小于中低压电网，因此仅需提高线路的抗雷击水平及装设自动重合闸装置，便可实现电力系统的安全、稳定运行。此外，中性点直接接地也适用于600V以下的低压电网。

4 结束语

电力系统中性点接地方式的合理选择关乎电网的安全、稳定运行，因此应予以足够的重视。文章简单介绍了三种常见的中性点接地方式，即中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点直接接地。研究表明，中性点不接地方式适用于三相供电系统和线路较短的配电网，且表现出供电安全和供电可靠的优点；中性点经消弧线圈接地主要应用于35kV以下的供电系统中及易燃易爆区，但应在消弧线圈的端部并入电阻来应对存在的应用缺陷；中性点直接接地适用于高于110kV的高压电网及低于600V的低压电网。总之，多种中性点接地方式的出现是为了适应电力系统的发展需要，因此在今后的研究中，应不断拓宽研究的广度和深度，以确保研究的内容不脱离实际需要及更好地为社会发展服务。

参考文献

[1]吴宏亮，李慧芳.关于220kV变压器中性点经小电抗接地方式的探讨[J].电子制作，2015，3：17.

[2]王慎杰，吕艳萍，刘飞，等.110kV电阻接地系统电气设备适应性研究及试验[J].电力系统自动化，2015，11：193-198+207.

[3]薛永端，郭丽伟，张林利，等.有源配电网中性点接地方式的选择问题[J].电力系统自动化，2015，13：129-136.

[4]郭丽伟，薛永端，张林利，等.含分布式电源的小电阻接地方式配电网单相接地故障分析[J].电力系统自动化，2015，20：116-123.

[5]刘继红.试论变压器中性点运行方式[J].中国新技术新产品，2012，

20：169.

[6]贺兴，艾芊，章健.小电阻接地系统间歇性接地故障的动态增量判据及保护方案[J].电力系统保护与控制，2014，11：67-72.