電力系統中性點運行方式的探析

摘要：在電力系統中有諸多運行系統，本文主要探討供配電系統中的中性點運行方式。 中性點的接地方式對于整個電力系統網絡的正常工作，電量供應的穩定性，過電壓和絕緣部件之間的相互配合，包括繼電保護等各個方面都起著至關重要的作用。另外，中性點的接地方式涉及到供電系統中不同導體之間的電位差異是否得到正確處理，這與供電系統中所使用的各類通訊及電子設備的正常運行息息相關，同時對工作人員的人身安全至關重要。

關鍵詞： 供電系統，中性點，運行方式

電力系統中的中性點可以簡單地理解為電力運行過程中出現的“零點”，即這些點在性質上是中性的。中性點不接地的電力運行系統能夠很好地保證在整個電力輸送過程中供電的可靠和穩定，但是卻有一個很大的安全隱患，就是無法保證電力系統能夠做到速斷跳閘，此類功能上的缺陷很有可能給整個電力設備帶來致命性的打擊，導致很多損壞都是無法修復的。另外，在中性點不接地的電力系統中，當線路發生單相對地短路的故障時，整個接地相線的電位和大地是一樣的，也就是說，沒有辦法和不接地的中性點之間形成回路，特別是在三相三線制的電路中，此時接地方式變成接零，導致與此有關的所有電器的罩殼部分與大地之間形成了相電壓，不僅使整個電路的正常工作受到嚴重影響，更為可怕的是，此類中性點運行方式使整個相關電器的罩殼上都帶了電，會對周圍的人群帶來嚴重的人身安全隱患。因此，正確處理電力系統的中性點運行方式至關重要。

1、電力系統中中性點運行方式的特點分析

對于電力系統中中性點運行方式的分析，應當從了解其運作特點出發。中性點的運作方式非常復雜，涉及到工程學，系統學，電力學等諸多學科的內容，需要了解的技術問題包含在系統短路上短時電流的大小，過電壓的大小，整個電路系統能否保證供電的可靠性和穩定性，同時，還涉及到與電壓電場有關的因素，例如如何正確有效地安裝處理繼電保護裝置，如何屏蔽電磁波對整個系統中通訊和電子設備的有害影響，以及如何綜合處理各部件之間的相互影響從而穩定整個系統的正常運行。也就是說，了解電力系統中中性點運行特點的過程其實就是確定其運行方式在技術上和經濟上有效的過程。這需要長時間，細致的比較研究后才能確定。

1.1 電力系統中中性點不接地系統

在中性點不接地系統中，其運行特點相對比較簡單。在這個系統中，相電壓的大小由各點對地電壓來確定，各對地電壓是對稱的，因此，整個線路在經過完成的換位后，會出現三相對地電容相等，也就是說，各點對地無論是電流還是電容都是相等且對稱的，那么這個時候就不會產生電容電流流動的電位差，相對于大地來說，中性點不接地系統中的對地電壓為零。

1.2 電力系統中中性點接地系統

相對于中性點不接地系統，中性點接地的系統則要復雜得多。一般來講，中性點接地系統可以分為兩大類：中性點經消弧線圈接地系統和中性點直接接地系統。這兩類系統的運行特點都比較復雜，其中中性點經消弧線圈接地系統可以簡單地理解為在系統中中性點上安裝有消弧線圈，眾所周知，中性點接地系統中會出現電容電流無法做到對地為零的情況，而消弧線圈的安裝就是利用其電感電流對中性點接地電容電流進行相反的作用，從而使整個系統中性點的接地電容電流可以得到補償和抵消，達到中性點不接地系統中接地電容電流為零的情況。中性點經消弧線圈接地系統主要是為了解決中性點不接地系統中單相接地電流過大、電弧不能熄滅的問題，通過消弧線圈的安裝，就能保證接地點的電流達到安全值以下，并且其產生的電弧也能夠很快消失。同樣，在消弧線圈對中性點的處理方式上主要有以下三個特點：一是全補償特點，即此時整個系統中接地電容電流為零，這是安裝消弧線圈的理想狀態，然后這種處理方式在實際操作過程中并不使用，原因是在實際的電力系統運行過程中，會有一系列可變及不可控因素導致系統中三相電壓無法完全對稱，那么隨之而來的就是中性點位置出現正電壓，這樣就很有可能引起串聯諧振過電壓的問題；二是欠補償特點，即在系統運行過程中，中性點接地處仍舊有未補償的電容電流經過，按理說此時需要加強消弧線圈對于整個系統的作用，但是在實際操作過程中我們發現欠補償的情況往往可以通過檢修，或者系統在經過一段時間的運行后進行自我矯正，而通過消弧線圈的介入往往會使整個系統達到全補償的狀態，隨之而來的就是我們前面提到的串聯諧振過電壓的現象。三是過補償特點，即整個系統無法消化由于消弧線圈作用產生的相反電感電流的作用，從而使中性點接地處產生多余的電容電流，過補償能夠很好地避免串聯諧振過電壓的現象，因此具有很強的實際操作性，但是值得注意的是，消弧線圈的過補償作用不能超過中性點接地處的安全值限度，否則產生的電弧就有可能失控而無法及時安全的熄滅。

除中性點經消弧線圈接地之外，還有中性點直接接地系統，該種系統的做法比經消弧線圈接地的系統操作更為直接，同樣可以起到對系統發生單相接地故障時能夠有效地抑制，但存在電弧無法自行熄滅的問題。中性點直接接地系統，顧名思義，就是直接將電力系統中的中性點直接接地，通過大地這個無限量的電容裝置，將故障相中的電容電量通過短路的形式導出，同時，系統中的繼電保護裝置就會立即啟動，從而將故障相中的短路線路立即切除，可以有效地保護系統中正常運行的設備，同時也能夠防止中性點接地處產生持續穩定或者間歇性的電弧現象。中性點直接接地的另外一個優勢在于中性點直接接入大地，當有故障產生時，中性點位置的電位也不會發生變化，這樣就可以保證系統設備中的其他部件仍舊能夠在當前的絕緣條件下處于正常的工作狀態，也就是說，中性點直接接地系統大大地降低了在出現故障情況下，系統因保護其他正常設備所需要的絕緣條件，從而在相應的制造成本上具有更加可觀的經濟性。因此，中性點直接接地系統是目前被廣泛采用的一種中性點處理方式之一。

2、電力系統中中性點的運作方式探析

根據以上的特點分析，我們可以歸納出電力系統中中性點的運作方式主要分為兩大類：一類是中性點不接地系統；另一類是中性點接地系統。中性點不接地系統比較簡單，但是有比較苛刻的使用環境和條件限制，而中性點接地系統雖然相對比較復雜，但是勝在適用環境更加廣泛。其中中性點接地系統又可以分為中性點經消弧線圈接地系統和中性點直接接地系統兩大類。下面我們將探析這三種不同中性點的運作方式。

2.1 中性點不接地系統運作方式

中性點不接地運作方式，也就是說整個系統中的中性點位置對于大地來說是絕緣的。該種運作方式對于系統的要求較低，構架也相對簡單得多，不需要使用外置的或者配對的附加設備，而從可以很好的節約制造和使用成本。但是目前來講，中性點不接地的運作方式受諸多使用條件的限制，其使用往往限制在小型的或者低電壓要求的電力系統網絡中，如我國絕大多數農村供電網絡中所使用的10KV輻射形或者樹狀性的架空線路中。由于整個系統中的中性點對大地是絕緣的，所以當這種系統中出現有一相接地的情況時，整個系統中繼電裝置起保護作用，使得其他系統部件的運行不會受到嚴重影響。但是值得注意的是，一相接地的故障也需要及時地排除解決，否則雖然此時整個系統表面看上面其運作沒有受到任何影響，但是實際上由于系統中有一相接地，在長期使用過程中就會產生非故障電壓超出正常值的情況，而且這種情況會隨著整個系統時間的增長而日益明顯，當非故障電壓超出幅度過大時，就很有可能產生系統中絕緣較薄弱的部位被過高電壓擊穿的風險，那么此時一相接地就變成了兩相接地，從而導致系統設備的嚴重損壞。另外，中性點不接地系統中還存在比較明顯的安全隱患，即當產生相接地的情況時，如果此時的電容電流較大，則在接地處產生的電流就很難自動熄滅，而且很有可能產生周期性熄滅與重燃的間隙電弧。由于電網是一個具有電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對地的過電壓，其數值可達(2.5-3)UX，這種過壓會傳輸到接地點有直接電連接的整個電網上，更容易引起另一相對地擊穿，而形成兩相接地短路。因此針對這種情況，為了確保這個電力網絡對于周邊環境及系統設備的安全，一般規定在3－10KV的電力網絡中一相接地電流不得超過10A。

2.2 中性點經消弧線圈接地系統運作方式

在很多情況下，特別是在大型的城市輸電網絡系統中，電力網絡中的一相接地電流往往會超過一般規定情況，而且會超出很多。因此我們看到中性點不接地系統在很多時候無法滿足現實輸電網絡的要求，此時，中性點經消弧線圈接地系統就能夠解決由于不接地系統帶來的使用局限。

中性點經消弧線圈接地系統中關鍵的部件是我們上文提到的消弧線圈，其安裝的位置是在中性點和大地之間，消弧線圈好像人為設計的一個反向流通閥，這個閥的主要組成部分是一個帶有氣隙的鐵芯和環繞在鐵芯上線阻。其特點是電阻很小而電抗很大，工作時會產生與中性點反向的電感電流。當然，消弧線圈的阻抗作用并不是一成不變的，否則就無法起到對整個系統進行消弧的作用。相反，在實際的操作環境中，電力系統自身存在很多可變因素從而導致中性點位置電容電流的變化。因此，消弧線圈必須具備可調節的特性，其實現是通過改變介入繞組的匝數從而調節阻抗的大小。如上文所述，在電力系統實際的運行狀態中，通常利用消弧線圈的過補償作用來保證中性點位置處于正常狀態。

其具體的運行方式是當系統中產生單相接地故障時，處于工作狀態中的消弧線圈就會感應到系統中電容電流的變化，從而自動產生出一個接地電容電流來進行平衡，從而使中性點接地處的電流迅速減小，也就使得產生的電弧能夠自動熄滅。由于消弧線圈在設計上能夠自動調節，產生與中性點相匹配的阻抗電容電流，因此其在使用運用中比一般的電阻接地方式更具可靠性和實效性。在中性點經消弧線圈接地的系統中，一相接地和中性點不接地系統一樣，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高至倍，三相線電壓仍然保持對稱和大小不變，所以也允許暫時運行，但不得超過兩小時，消弧線圈的作用對瞬時性接地系統故障尤為重要，因為它使接地處的電流大大減小，電弧可能自動熄滅。

2.3 中性點直接接地系統運作方式

中性點經消弧線圈接地的運作方式可以簡單地理解為在中線點和大地之間接入了一個可變阻值的電阻來消滅產生的電容電流作用。而中性點直接接地系統的運作方式的主要優點在于當發生一相接地故障時，由于中性點直接接地，因此臨近的非故障區域的電壓并不會增高。也就是說，在電力系統對于電壓要求越高的情況下，中性點直接接地系統的運作方式可以體大地降低系統對絕緣材料的要求，這種優越性在超高電壓網絡中就越發明顯。另外，在中性點不接地或者經過消弧線圈接地的運作方式中，單相接地電流一般情況下都要大大地小于正常的負荷電流，那么要進行有選擇性的保護就很困難。而在直接接地運作方式中，由于接地電流比其他兩種方式大得多，大大增強了繼電保護裝置的探測靈敏度，從而能夠使其迅速做出反應，保護整個電力系統。

總之，電力系統中性點運行方式涉及到系統本身使用壽命，周邊環境安全以及經濟效益等很多方面，因此，我們應當根據實際情況，仔細考察研究當地的電力網絡系統的要求，選擇使用合理而有效的中性點運行方式。

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