淺談UPS中性點接地問題及其接地方案

趙凱

摘 要：UPS中性點接地面臨著日益突出的問題，有待制定有效的UPS中性點接地方案。文章分別論述了UPS中性點接地問題及UPS中性點接地方案，希望UPS中性點接地的探討對電力行業從業人員提供一定的借鑒。

關鍵詞：中性接地；問題；方案

近些年來，我國電力行業發展迅猛，城市電網不斷整合結構，電纜的使用占了很大的比重，越來越被重視。電力網中性點接地方式的選擇，接地設備參數的確定以及其繼電保護方式，為世界各國電力部門所關注[1]。UPS中性接地點采用經消弧線圈接地和經電阻接地的方式，產生了日益突出的問題，有待制定UPS中性點接地方案。

1 UPS中性點接地問題

1.1 UPS中性點經消弧線圈接地問題。隨著城市的用電，用電容產生過大的電流，無法保證消弧線圈正常運行。電弧的調節范圍有限，只有1比2的調節比例，滿足不了工程初期和末期的需要。消弧線圈接頭位置的電流流量和實際流動中的電流出入大，誤差比達15%，實際運行過程中線圈內的電流和名牌標簽所標注的電流并不相符；無法正確計算電容電流和實際電流，供電網絡成分復雜，包括電纜和架空線，無法準確掌控電線的實際長度；此外電纜型號繁多，不同長度電容中的電流不同。有些電網甚至出現了5次諧波的接地電流容量，比例高，達5%-15%。雖然準確計算工頻接地電流，仍然無法減少較高的電容百分比。接地電網在接地過程中，產生較大的電流，不能滿足運行過程中的補償。電纜絕緣材料的破損導致UPS中性點接地出現故障，接地電流大，特別在封閉性電弧中，電弧不容易熄滅，UPS中性接地點單相接地是永久性故障。中性接地點經過消弧線圈時形成一個小型的電流接地系統，出現了單相接地永久故障，不容易檢查接地故障點，查找故障難。系統設備長時間處于電壓中，絕緣層受到破壞。單相連地下，形成過高的非故障電壓，查找故障點困難。電壓運行狀態下，避雷器容易受到破壞，此類事件發生的概率大。當避雷針沒有提高閥片特性時，殘壓升高，保護功能減弱。中性點在經過消弧線圈時形成弧光接地電壓，諧振過電壓使電壓時間延長，避雷器的負載功能無法限制這種電壓。避雷器降低了降壓功能，沒有了降壓的優勢，不利于避雷器的推廣應用。

1.2 UPS中性點經電阻接地問題。在電網系統中，我國有三個指標判斷供電高低：少量供電、停電持續時間、停電頻率。這些指標涉及到很多因素，不僅有外部的故障停電，還有內部的計劃停電。以下因素影響10kV配電網供電的可靠性：設備老化、用戶影響、氣候因素等，不同類型的UPS中性接地會影響到10kV配電可靠性，這些故障因素不同程度的增加故障記錄，UPS中性接地點在經過小電阻接地和經過消弧線圈接地是是不同的。如果出現了單相故障，電流經過消弧線圈的時內部的殘余電流會自行熄滅，從而消除故障。如果出現了永久故障，系統中性點連接狀態下能繼續運行一段時間，利用有效時間消除故障，為用戶提供充足的供電。外力破壞導致電纜故障，絕緣體老化是永久性故障，故障發生時，不能帶原有故障運行。單相接地造成故障加大，停電的范圍變廣，在線路短路情況下，母路短路相當于變壓器出口短路，降低了變壓器抗短路能力，變壓器容易損壞。

2 UPS中性點接地方案

2.1 UPS中性點經電阻接地方案。采用電阻接地方案是為了給故障點注入阻性電流，其電阻分量電流為電容分量電流的1.05～1.1倍。可以把故障電流調整適當，提高繼電保護靈敏度，同時使故障點僅可能發生局部輕微損傷，電壓限制到正常相對中性點電壓的2.6倍，防止弧光過電壓損壞主設備，同時對鐵磁諧振過電壓有顯著作用。理論上，接地電阻越小，接觸電壓和跨步電壓就越低，對人身越安全。但要求接地電阻越小，則人工接地裝置的投資也就越大，而且在土壤電阻率較高的地區不易做到。在實踐中，可利用埋設在地下的各種金屬管道、電纜金屬外皮以及建筑物的地下金屬結構等作為自然接地體。由于人工接地裝置與自然接地體是并聯關系，從而可減小人工接地裝置的接地電阻，減少工程投資。在發生單相接地故障時，故障點出現的短路電流瞬間變大，故障點電壓過高，有可能產生跨步電壓，允許值低于接觸電壓。在電阻選擇過程中要充分考慮多種因素，包括：短路過程中的電流核算，接觸電壓的合理范圍，保護動作時間的長短，地網接地電阻。如果不采用電阻接地的方式容易形成跨步電壓，從而使接觸電壓過高，給人身財產帶來危害。采用中性接地方式時要選取合理電阻值，電阻值的選取要嚴格按照當地電網部門的有關規定。綜合考慮多方面的因素，包括：保護繼電的靈敏度，考慮過電壓的倍數，以及人身安全。高阻接地發生單相電路故障時，允許帶故障設備運行，故障電路的電流控制在合理的范圍：一般為10A。接地電阻的選取也有合理的范圍：一般為Xc>或=R0，和R0>或=U￠/10A，Xc是系統相對地抗容。中性點經過高阻接地系統。當發生單相接地時，非故障相對地電壓升高，所以根據電壓考慮電氣設備對地的絕緣。低電阻接地系統非故障相不存在電壓升高的問題，因此電氣設備對地的絕緣水平只需按相電壓考慮。中性線接地電阻要小于4歐姆，因為，當三相電流不平衡時，不平衡電流全降落在中性線上，不平衡過大導致中性線產生較大壓差。如果電阻過大，不能順利接地，觸到中性接地線時容易發生觸電危險。中性線是入戶的零線，零線產生不安全電流很危險。所以，變壓器安裝時，避雷器的接地、變壓器外殼、變壓器中性線必須用大于35平方的導線可靠接地，接地電阻必須小于4歐姆。

2.2 UPS中性點經消弧線圈接地方案。小電流接地系統中發生單相接地故障時，接地點通過接地故障線路時，對應電壓等級電網的全部對地電容電流。如果電容電流大，就會產生間歇性電弧，形成過電壓，增加了非故障相對地電壓。在電弧接地過電壓的作用下，可能導致絕緣損壞，造成兩點或多點的接地短路，使事故擴大。采取的措施是：當小電流接地系統電網發生單相接地故障時，如果接地電容電流超過一定數值，就在中性點裝設消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流補償接地故障時的容性電流， 減少接地故障點電流，提高自動熄弧能力，保證繼續供電。60kV以下線路容易發生單相接地，為了減少停電，采用中性點非直接接地的小電流接地方式。這樣即使發生頻繁接地也不致于頻繁跳閘。當系統較小時，單相接地電流很小，但是當系統規模較大時，單相接地時的電容電流仍具備一定的危害性，所以在接地電流超過10安培的小電流接地系統中，在中性點加裝消弧線圈，當發生單相接地，中性點就會位移產生電壓，消弧線圈就會產生感性電流，這個感性電流可以抵削接地點的容性電流，減小單相接地電流的破壞性。這就是采用消弧線圈的道理。

3 結束語

論文針對不間斷電源系統的不同結構，對UPS中性點接地問題進行了分析，并總結出適合工程應用的接地方案[2]。UPS中性點接地存在許多問題，需要制定接地方案解決這些問題。中性點接地關乎著電力安全的運行。經消弧線圈接地方式多用于35kV及以下的系統，需要較高的絕緣。UPS中性點經消弧線圈接地可以消除單相弧光接地故障。UPS中性點經電阻接地時電阻必須小于4歐姆，降低了接觸電壓和跨步電壓，提高人身安全。以上只是筆者的一些見解，希望對電力行業從業人員提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]許穎.電力網中性點接地問題[J].電網技術，1991（03）：90-93.

[2]程靖，楊芳.不間斷電源系統（UPS）接地問題的分析[J].機電產品開發與創新，2013（04）：127-129.