電網中性點接地方式的探討

常雯雪

（廣東電網公司 珠海供電局，廣東 珠海 519000）

1 引言

在電力體系結構中，中性點的接地模式主要有：以電氣裝備的中性點與地的連接模式進行明確， 電氣儀器裝備的中性點是發電系統中的主要裝備。 現階段國家統一使用的接地方式有以下幾種： 第一種是中性點接地模式， 第二種是中性點消弧線圈， 第三種是中性點經電阻接地， 第四種是中性點直接接地模式。

現階段，我國不同級別的電力體系中，中性點運行方式如下：（1）電壓超過110kV 的電網系統中，需要重點考慮的是過電壓的降低以及絕緣性能的提高， 將其中一小部分中性點的弧線降到最低，都要通過中性點的直接接地模式與手段來進行。 （2）電壓在3-10kV 范圍內的電網系統中，必須要考慮到供電穩定性與容易出現隱患的地方， 通常情況下必須要使用不接地的運行模式。在所連接的電流少于30A 的情況下，通過弧線圈來連接地線。（3）lkV 以下電網，必須做好絕緣工作，縮小故障范圍，通過不同方式來選擇接地模式，根據現場實際確定。 （4）220V、380V 的三相四線制電網，從安全用電角度考慮，中性點直接接地。

2 四種中性點接地方式的介紹

2.1 中性點直接接地手段

中性點接地體系，其實就是中性點直接連地與小電阻連電的模式，同時又稱為大電流聯電。

圖1 中性點直接接地方式示意圖

將中性點直接和地連接的優點：（1）當中性點直接接地體系出現單相接地的情況時， 非故障相的相電壓不會出現任何變動。這時用電線中流動的電流是短路電流，使線路保護裝置迅速動作，通過跳閘或者斷路來防止事故發生變化，對系統其它部件的正常運轉產生重大影響。（2）在中性點接地系統發生變化的時候，因為連地的電流量過于龐大，繼電保護一般都能迅速而準確地將出現問題的線路斷開，雖然保護裝置簡陋但是穩定性良好。

中性點直接接地模式的不足之處：（1）發電的穩定性弱，沒有小接地電流體系大。 另外，其接地點處還存在很大的跨步電壓與其它電壓，很容易出現各種事故問題。 （2）中性點直接接地體系，在出現單相接地的時候產生的電流也會很大，干擾通訊系統的正常運行， 尤其是在電力線路與通訊線路互相平衡的情況下更為嚴重，因為偶合感而出現的問題，影響通訊效應。

2.2 中性點不接地方式

中性點不接地形式，也就是中性點對地絕緣，適用于農村10kV 架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網絡。 在使用的過程中，如果出現單相接地問題，流過故障點的電流的值很小，所以又可以將其稱作是小電流接地體系。

圖2 中性點不接地方式的構造圖

中性點不接地模式的優勢：（1）構造簡易，無需添加任何裝備儀器，可以在很大程度上降低投資成本。 （2）單相接地不形成短路回路，所以單相接地電流小。

中性點不接地模式的不利因素：（1）由于中性點具有一定的絕緣性能，電網對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。 當出現弧光接地的情況時，電弧會發生反復熄滅與重燃，向電容反復充電。 由于對地電容中的能量不能釋放， 使得電壓的數值不斷攀高，從而產生弧光接地過電壓或諧振過電壓，上升的幅度十分巨大，最終會影響設備的性能。 （2）如果接地運行的耗時過多，很容易造成短路問題。 同時這一問題也會使整個電網體系出現過電壓現象。 如果電壓過大，而且長時間如此，則在這一變化過程中，還有可能會出現兩點接地故障危險，導致問題惡化。

2.3 中性點經電阻接地模式

中性點經電阻接地模式，即在中性點與大地之間接入一定電阻值的電阻。 由于這一接地模式中的電阻值的大小不確定，所以完全可以將中性點按照電阻模式劃分成為下面幾種形式：高電阻、低電阻、中等電阻。

圖3 中性點經電阻接地方式示意圖

中性點經電阻接地模式的優勢：在體系對地電容形成并聯回路的情況下，中性點電阻就是一個能量消耗元件， 同時又是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件。 在減少諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓方面它能夠發揮出很大的作用， 所以值得推廣。 也可將其他類型的過電壓限制到較低的水平，使發生異地兩相接地的可能性減小。

中性點經電阻接地方式的缺點：（1）在通過低電阻完成接地工作時，出現問題的電流的電量會大幅度增加，導致各種問題的出現。經高阻接地電流量必須要控制在一定的范圍內，通常情況下最好不要超過4～5 倍，因此高阻接地受到很大的約束。 （2）當接地斷路器處于跳開狀態時，供電可靠性會降低，尤其是架空線網絡，頻繁的分、合閘讓斷路設備和其他一些儀器設備處于受限狀態。

2.4 中性點經消弧線圈接地方式

中性點不接地電網出現單相接地情況時，將接地點必須要經過的整個體系的對地電容電流，如果力量過大，就會導致接地弧光過電壓過大，導致整體范圍內的電壓值升高，引起絕緣體的破損，導致各個接地線路斷裂，引起停電問題。 為了避免出現這種現象，可以在中性點中加入一個電感線圈，在完成接地時就會有電流從中通過，此電流和原系統中的電容電流會相互融合，有效減少電流引起的故障問題， 將這種模式稱作消弧線圈的接地模式。

圖4 中性點經消弧線圈接地方式示意圖

中性點經消弧線圈接地模式的優勢：將這種接地模式應用到電網系統中，如果出現單相接地問題，那么經過消弧線圈的電流就是電感性電流，這種電流是對電容電流的一種補償。 這種接地電流補償性作用很強大，能夠保障發電工作的正常進行，對電弧的重燃有很好的控制性能， 可減少高幅值電弧接地過電壓出現的可能性。

該種接地模式的劣勢：（1）在這種接地模式下很難找到引發事故的線路故障。 （2）消弧線圈本身是感性元件，和對地電容構成諧振回路，在具體的環境中很容易產生電壓過大的問題；中性點經消弧線圈接地對弧光接地電壓的水平會產生很大的影響，會導致弧光接地電壓壓力的上升。

3 四種接地方式的綜合比較

電力系統中性點接地方式的選擇原則為：電力系統過電壓與絕緣配合；滿足繼電保護要求；保證供電可靠性；減少對信息系統的干擾。 下面對這四種接地方式進行綜合比較。

3.1 電力設備和線路的絕緣水平

和不直接接地時電壓的數值相比，中性點直接接地電力網的絕緣水平要明顯少20%左右的量， 根據額定電壓數值大小的不同，接地設備的絕緣程度在經濟效益上也有明顯的降低。當電力系統中的電壓超過110kV 時， 變壓器等電氣設備的造價大約與絕緣水平成比例增加，當電力系統中電壓的大小超過3～10kV時，絕緣水平較其它情況下也要大很多。

3.2 繼電保護動作可靠性

中性點不接地或經消弧線圈接地的體系中，單相接地只有少量的電流通過， 對此采取一定的保護措施可能具有很大的難度；中性點直接接地的電力系統中，接地電流較大，對其進行保護簡單易行，系統穩定性較好。

3.3 供電的可靠性

在電力系統中單相接地體系具有很大的可選擇性。 中性點直接接地系統單相接地電流很大，而且加強的速度比較快，對供電的穩定性有著很大的影響。 當出現一些小規模的問題時可以及時進行彌補與調整，不過在短時間內很容易造成巨大的沖擊，造成各種儀器裝備的損耗。 另外，因為容易出現跳閘等問題，所以需要多次對其進行維修檢查。 中性點不接地、中性點經電阻接地和中性點經消弧線圈接地等小接地電流系統都可以防止出現這種問題，出現問題的時候還可以持續運行1～2h，可在這段時間段內將所有的問題全部排除。

4 500kV 國安站的中性點接地方式介紹

隨著電網體系的不斷擴展， 終端電網體系的不斷增大，國內500kV 電網在2010年前后都會變成密集型的雙/多環網，會出現以下問題：（1）體系的不斷增大，網絡系統牢固性的增加，緊密性程度的加重，都會導致短路電流量的增加。 （2）規模巨大的發電廠多臺升壓變壓器中性點直接死接地， 使本站或附近變電站的零序電抗急劇下降，導致單相短路電流增大，會大于或接近于三相短路電流。

就國安站而言， 也出現了以上問題。 國安站及近區主要500kV 變電站中500kV 及220kV 母線短路電流如表1 所示。

表1 2011年國安站及近區各500kV 站短路電流 單位：kA

國安站、桂山站正常方式下均是兩臺主變合母運行，其中國安220kV 母線三相短路電流為44.1kA， 單相短路電流達到51.7kA，超過50kA，并高于三相短路電流7.6kA。 桂山站三相短路電流為42.4kA，單相短路電流為51.0kA，超過50kA，同時高于三相短路電流8.6kA，均需采取措施，降低單相短路電流。

“十二五”期間，國安站近區新增500kV 加林站、上稔站以及臺山核電站。加林站投產后，珠海電網通過4 回500kV 線路與主網相連，與中山電網之間具備220kV 電網解環運行的條件。珠海電網與中山電網斷開220kV 聯絡， 珠海地區考慮將國安站和加林站合成一個供電區，通過珠海～國安雙回線路聯絡運行。 該運行情況下，國安站220kV 三相短路電流為46.1kA，單相短路電流為52.4kA，大于三相短路電流，且超過國安站220kV 側斷路器的開關容量，需采取措施降低國安站的單相短路電流水平，提高珠海電網供電的靈活性及可靠性。

綜上所述， 為限制2011年、2015年國安站單相短路電流，提高國安站及珠海電網近區供電可靠性， 增強國安站短路電流水平對電網發展的適應性， 提高國安站及中珠電網運行方式的靈活性，有必要在國安站主變中性點加裝小電抗，限制220kV 母線的單相短路電流。

由圖可見，接地方式采用的電氣接線為：變壓器中性點接小電抗，在小電抗前并聯放電間隙、避雷器保護，在小電抗兩端裝設旁路刀閘。 可以通過旁路刀閘轉換到直接接地，從而變壓器可以實現直接接地和小電抗接地之間的切換， 同時可用于小電抗的檢修維護。 遠期電容隔直裝置通過隔離刀閘串聯在小電抗后，若小電抗故障或需檢修，通過閉合旁路刀閘退出小電抗，不影響電容隔直裝置的運行。

圖5 中性點經小電抗接地方式示意圖

表2 2011年國安站主變小電抗容量分析結果 單位：kA

由表2 可見，對于降低500kV 單相短路電流，中性點經小電抗接地效果不明顯。 但是，在500kV 變電站220kV 側單相短路通過的電流量需要被加以控制的情況下， 采用中性點經小電抗接地是可以達到理想效果的最佳措施， 具體數值的大小可以控制在高、中壓Uk%值的1/10～1/3 的范圍內。 所以，通常情況下，中性點絕緣水平大約相當于由原來死接地的35kV 級提高到63kV 級，能夠滿足實際發電所需。 所以，當自耦變壓器中性點經小電抗接地后，各種數值就會發生變化，其高、中、低壓三個繞組的零序電抗都會對電阻的大小產生很大的阻礙。

5 結語

中性點接地模式關系到方方面面的問題，能夠保證供電系統的安全性、可靠性以及設備狀況的穩定性，對于電壓保護，電磁兼容等方面的問題都可以進行很好的處理，對電力系統的設計與運行有著重大作用。 因此，對中性點接地方式選擇時，應根據實際需要具體分析，盡可能做到既滿足供電系統的要求，又達到節省投資的目的。

[1]劉慶，徐瑜.關于10kv 配電系統中性點經小電阻接地方式的探討[J].電氣開關，2007（03）.

[2]毛敬偉.淺析電力系統中性點不同工作方式下的單相接地[J].科學之友，2008（05）.

[3]劉江.供電系統中性點接地方式的探討[J].電子科學，2009（20）.