小議電力系統中性點接地方式及其零序保護

摘 要：電力系統中性點接地方式指的是電力系統中變壓器或發電機中性點與地之間的連接方式。研究表明，選擇合理的中性點接地方式，能對電力系統的短路電流及過電壓水平產生有效的抑制作用。對此，文章分別從電力系統中性點接地方式的三種具體形式出發，淺析如何選擇最佳的中性點接地方式，以供同行參考。

關鍵詞：中性點；接地方式；消弧線圈

引言

電力系統中性點的接地方式多樣，而文章僅對以下三種形式進行討論：中性點不接地、中性點經消弧線圈接地及中性點直接接地三種形式。

1 電力系統中性點不接地方式的選擇與應用

所謂不接地，指的是中性點與地之間毫無實質性的連接，但電力系統的三相實際上與地之間存有電容，即中性點不接地是經等值電容實現接地的，且中性點不接地的零序電抗是可變的有限值，因此中性點不接地區別于中性點絕緣。中壓電力系統常采用中性點不接地系統。電力系統中性點不接地方式的優缺點如下：

1.1 供電安全

當三相供電系統發生單相接地時，中性點不接地的短路電流比直接接地小■（C是單相對地電容）倍，因此相對于直接接地，中性點不接地更安全，注意井下低壓供電系統或爆炸危險場所只能選擇中性點不接地方式。

1.2 供電可靠

當中性點不接地配電網出現單相接地故障時，線電壓總是保持對稱不變，且故障點僅有很小的短路電流，因此不會影響到用戶的用電安全。正因如此，現有配電網中中性點不接地方式的使用率達80-90%。此外，較短線路的接地電容僅產生較小的電流，接地電弧可自動熄滅，從而免于線路跳閘，即中性點不接地系統允許帶故障運行；較長線路的接地電容會產生較大的電流，則易形成間歇性電弧和高幅值的弧光接地過電壓，此時需以繼電保護來進行改善。

1.3 中性點電位升高

中性點不接地系統出現單相接地故障時，中性點電壓升為相電壓，則中性點的絕緣水平應達到相電壓的標準，但多數服役期的電網主變均為分級絕緣變壓器，如此定會阻礙中性點不接地系統的廣泛應用。

綜上可知，中性點接地方式尤其適用于三相供電系統、線路較短的配電網，且井下低壓供電系統或爆炸危險場所只能選擇中性點不接地方式。

2 中性點經消弧線圈接地

2.1 經消弧線圈接地的優缺點

優點：單相故障時難以維持接地電弧，當電流過零時，電弧會自行熄滅；且當電弧熄滅時，消弧線圈可減緩故障點電壓的恢復速度，從而實現對單相接地故障的有效控制；單相接地時，系統接地點的電流不受故障點的影響，且殘留較小，同時消弧線圈可對單線接地故障變為相間短路起到抑制作用，此時電力設備的繼電保護及斷路器均無需動作。缺點：中性點經消弧線圈接地時，暫態過電壓和工頻過電壓均較高，補償電網的運行較復雜，則短時間很難適應電網的變化，且此系統的零序網絡與補償線圈和接地電容組成的LC串聯電路相似，如果參數配合不合理，則易出現過高的諧振過電壓。對此，常用的解決辦法為：在消弧線圈的端部并入電阻，以防產生諧振過電壓，從而實現接地保護選線和控制中性點在正常運行時的電壓。

2.2 中性點位移電壓的降低

DL/T620-1997規定：正常運行時，經消弧線圈接地的系統內中性點長時間的電壓位移應？芨系統標稱相電壓？鄢15%。若中性點位移電壓為Un，則Un的函數式為：Un={U0/[R+j（XL-XC）]}（R+jX1）=U0/■，其中，U0為不對稱電壓；d為電網的阻尼率；v為消弧線圈的脫諧率。據此可知，避免中性點位移電壓過高的方法有：（1）降低U0；（2）增加v，即在滿足規定的前提下，使殘留中僅保留未被補償的高次諧波分量和有功分量；（3）增大d，即可將功率較大的阻尼電阻串入消弧線圈的一次回路上，但加裝電阻會影響到電弧的瞬間熄滅，則應在滿足規定的前提下，減小阻值，且在單相接地故障發生時，及時切除電阻。中性點經消弧線圈接地方式的應用時間較早，主要應用于35kV以下的供電系統中及易燃易爆區。對于此類接地方式的缺點，應根據工程實際，在消弧線圈的端部并入電阻，以防產生諧振過電壓。

3 中性點直接接地

中性點直接接地指的是電力設備中性點經零阻抗接地，而非電力系統全部的變壓器均為中性點直接接地。中性點直接接地時，限流電抗值較小，則單相接地時會有較大的電流流過故障點，從而嚴重影響到電力設備的正常運行及擴大故障范圍，并最終引起大面積的停電及威脅到運行人員的人身安全。圖1為中性點直接接地系統的示意圖。

圖1 中性點直接接地系統的示意圖

結合圖1可知，正常運行時，三相電壓與電流對稱，同時中性點直接接地存在以下優點：電力設備的繼電保護易動作，即經斷路器的瞬時動作，可縮小較大短路電流的流經范圍及使中性點電位停留在地電位。如此一來，最大長期工作電壓仍為相電壓，則可降低接地故障產生的暫態電壓。據此可知，中性點直接接地適用于超過110kV的電網，理由是此類電網的單相接地率小于中低壓電網，因此僅需提高線路的抗雷擊水平及裝設自動重合閘裝置，便可實現電力系統的安全、穩定運行。此外，中性點直接接地也適用于600V以下的低壓電網。

4 結束語

電力系統中性點接地方式的合理選擇關乎電網的安全、穩定運行，因此應予以足夠的重視。文章簡單介紹了三種常見的中性點接地方式，即中性點不接地、中性點經消弧線圈接地及中性點直接接地。研究表明，中性點不接地方式適用于三相供電系統和線路較短的配電網，且表現出供電安全和供電可靠的優點；中性點經消弧線圈接地主要應用于35kV以下的供電系統中及易燃易爆區，但應在消弧線圈的端部并入電阻來應對存在的應用缺陷；中性點直接接地適用于高于110kV的高壓電網及低于600V的低壓電網。總之，多種中性點接地方式的出現是為了適應電力系統的發展需要，因此在今后的研究中，應不斷拓寬研究的廣度和深度，以確保研究的內容不脫離實際需要及更好地為社會發展服務。

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