淺析電力系統中性點接地運行方式

劉安

摘 要：中性點接地方式是電力系統發展中的重要部分，也是電力系統可靠運行的關鍵之一。文章從理論上詳細介紹了電力系統中四種主要接地方式，分別是中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經電阻接地和中性點不接地，同時指出四種接地方式的優缺點，并對實際中可能出現的問題和使用情況做了簡單的介紹。

關鍵詞：中性點； 電力系統； 接地方式

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）07-119-002

一、電力系統中性點的接地方式

在電力系統中，當變壓器或發電機的三相繞組為星形聯結時，其中性點可有四種運行方式：中性點不接地運行方式、中性點經消弧線圈接地運行方式、中性點經電阻接地運行方式、中性點直接接地運行方式。這四種接地方式各有各的特點和適用范圍，采用哪一種中性點運行方式，直接影響到電網的絕緣水平、系統供電的可靠性和連續性、電網的造價以及對通信線路的干擾程度。只有進行合理的比較、選擇，才能做到安全、可靠和經濟面的最大化。下面分別對這四種接地方式進行分析討論。

二、電力系統中性點的運行方式

1.中性點不接地的電力系統

中性點不接地即中性點對地絕緣，圖1是該種方式工作示意圖。假設三相系統的電源電壓和線路參數R、L、C都是對稱的，系統正常運行時，三個相的相電壓是對稱的，三個相的對地電容電流也是平衡的。因此三個相的電容電流的向量和為零，地中沒有電流流過。A相、B相、C相的對地電壓，就是相電壓。

必須指出，當電網發生單相接地故障時是不允許過分長期帶單相接地運行的。由于線電壓保持不變，對電力用戶沒有影響，用戶可繼續運行，提高了供電可靠性。理論上長期帶單相接地故障運行不會危及電網絕緣，但實際上，因未故障相電壓升高為線電壓，長期運行可能在絕緣薄弱處發生絕緣破壞而造成相間短路。因此，我國規定單相接地故障運行的時間不得超過2小時，并要加強監視。

為此，為防止由于接地點的電弧及伴隨產生的過電壓，使系統由單相接地故障發展為多相接地故障，引起故障范圍擴大，所以在這種系統中必須裝設交流絕緣監察裝置，當發生單相接地故障時，發出報警信號或指示，以提醒運行值班人員注意，及時采取措施，查找和消除接地故障。如有備用線路，則可將重要負荷轉移到備用線路上，當危及人身和設備安全時，單相接地保護應動作于跳閘。

這種系統的缺點為：由于非故障相的對地電壓升高到線電壓，電氣設備和線路的對地絕緣必須按能承受線電壓考慮設計，從而相應地增加了投資。

2.中性點經消弧線圈接地的電力系統

當接地電流較大，采用中性點不接地方式的系統易在接地點產生斷續電弧，可能引起諧振過電壓現象。為避免該現象發生，可采用中性點經消弧線圈接地的方式。

消弧線圈實際上就是一個可調的鐵心電感線圈，其電阻很小，感抗很大。系統正常運行時，中性點電位為零，此時，沒有電流流過消弧線圈。

由圖2所見，當發生單相接地時，流過接地點的總電流是接地電容電流Ic與流過消弧線圈的電感電流IL的相量和。由于Ic超前Uc90°，而IL滯后Uc90°，如圖2（b）所示，因此Ic和IL在接地點互相補償，接地電流小于最小生弧電流，從而消除接地點的電弧以及由此引起的各種危害。并且消弧線圈還能減少電弧重燃的可能性，免于發生設備接地故障。

總之，中性點經消弧線圈接地的電力系統具有中性點不接地的電力系統的優點，且更優越。但同樣存在一些缺點：（1）消弧線圈是感性元件，與對地電容構成諧振回路，在一定條件下能發生諧振過電壓；（2）中性點經消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的可能性，不能徹底消弧弧光接地過電壓；（3）故障選線難，系統不能及時切除故障線路；（4）采用該種方式的電網系統建設成本比較大。

3.中性點經電阻接地的電力系統

中性點經電阻接地系統，就是在電網中性點與大地之間接入某一電阻器。該電阻與系統對地電容構成并聯回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，適當選擇所接電阻器的阻值，不僅可以減少電弧重燃的可能性，也可以抑制電網過電壓的輻值，還可以提高繼電保護裝置的靈敏度以作用于跳閘，從而有效保護系統正常運行。由此可見，采用中性點經電阻接地方式能在單相接地故障時產生限流降壓作用，對設備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

中性點經電阻接地系統的缺點為：（1）由于接地點的電流較大，當零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導致相間故障發生；（2）當發生單相接地故障時，無論是永久性的還是非永久性的，均作用于跳閘，使線路的跳閘次數大大增加，影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。

隨著一些城市電網負荷迅速增長、電纜線路增加很快、系統電容電急劇增加，特別是近幾年大規模城市電網改造，電纜線路逐步代替架空線路，電網結構大大加強。在電纜線路為主的城市電網中采用不接地或經消弧線圈接地方式，因單相接地過電壓燒壞設備的事故概率大大增加。為解決這一矛盾，北京、廣州、深圳等大城市逐步采用中性點經低電阻接地方式。中性點經電阻接地方式在上述城市配網中已有多年運行經驗，運行經驗證明，對降低系統過電壓水平、提高系統可靠性具有良好的效果。

4.中性點直接接地的電力系統

隨著我國電力系統輸電電壓的增高和輸電距離的不斷增長，越來越多的廣泛采用中性點直接接地的運行方式，即中性點直接與大地相連。如圖3所示。

正常運行時，由于三相系統對稱，中性點的電壓為零，中性點沒有電流流過。當系統中發生單相接地時，由于中性點的鉗位作用，故障相對地電壓為0，非故障相對地電壓是相電壓，中性點對地電壓仍為0。所以，按這種方式運行的系統，供電設備的相絕緣只需按相電壓來考慮。這對110kV及以上的高壓系統來說，具有顯著的經濟技術價值，因為高壓電器，特別是超高壓電器，其絕緣問題是影響電器設計制造的關鍵問題。電器絕緣要求的降低，直接降低了電器的造價，同時也改善了電器性能。并且在形成單相接地短路時，單相短路電流比線路的正常負荷電流大得多，使保護裝置動作于跳閘，切除短路故障，使系統的其他部分恢復正常運行，工作可靠。

中性點直接接地系統的缺點為：（1）單相短路太大，必須立即斷開電路，這樣造成的后果是短期停電（重合閘成功），或者是長期停電（永久性故障，則重合閘不成功）。因此，供電可靠性不如小電阻接地電力系統；（2）巨大的短路電流引起的電動力和熱效應可能使一些電氣設備造成損壞。一些斷路器由于切斷短路電流的次數增加，會增加其維護檢修的工作量；（3）大的接地電流對鄰近的通信線路干擾大，感應電壓可能危及工作人員安全，易發生觸電傷害事故或引起信號裝置誤動作，因此，電力線和通信線間必須保持一定的距離。

三、結語

在三相交流電力系統中，采用哪種接地方式要根據電壓等級的高低、系統容量的大小、線路的長短和運行氣象條件等因素經過技術經濟綜合比較來確定的，以達到較好的工程效果。中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經電阻接地和中性點直接接地是配電網選取過程中常見的四種方式，各有利弊。因此，電力系統的中性點運行方式，應依據國家的有關規定，并根據實際情況而確定。我國6～10kV電力網和部分35kV電力網采用中性點不接地方式；20kV及以上系統中單相接地電流大于10A及3～10kV電力網中單相接地電流大于30A，其中性點均采用經消弧線圈接地方式；我國一些大城市的10kV系統采用經低電阻接地的方式；110kV以上電力網和380/220V低壓電網均采用中性點直接接地方式。

參考文獻：

[1]劉介才.工廠供電，北京機械工業出版社，2009第2版

[2]企業供電系統與運行，中國勞動社會保障出版社