探究接地浅析电力体系中性点接地运转模式

摘 要：中性点接地方式是电力系统发展中的重要部分，也是电力系统可靠运行的关键之一。文章从理论上详细介绍了电力系统中四种主要接地方式，分别是中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地和中性点不接地，同时指出四种接地方式的优缺点，并对实际中可能出现的问题和使用情况做了简单的介绍。
关键词：中性点； 电力系统； 接地方式
1006-3315（2013）07-119-002

一、电力系统中性点的接地方式

在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有四种运行方式：中性点不接地运行方式、中性点经消弧线圈接地运行方式、中性点经电阻接地运行方式、中性点直接接地运行方式。这四种接地方式各有各的特点和适用范围，采用哪一种中性点运行方式，直接影响到电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、电网的造价以及对通信线路的干扰程度。只有进行合理的比较、选择，才能做到安全、可靠和经济面的最大化。下面分别对这四种接地方式进行分析讨论。

二、电力系统中性点的运行方式

1.中性点不接地的电力系统

中性点不接地即中性点对地绝缘，图1是该种方式工作示意图。假设三相系统的电源电压和线路参数R、L、C都是对称的，系统正常运行时，三个相的相电压是对称的，三个相的对地电容电流也是平衡的。因此三个相的电容电流的向量和为零，地中没有电流流过。A相、B相、C相的对地电压，就是相电压。
必须指出，当电网发生单相接地故障时是不允许过分长期带单相接地运行的。由于线电压保持不变，对电力用户没有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。理论上长期带单相接地故障运行不会危及电网绝缘，但实际上，因未故障相电压升高为线电压，长期运行可能在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相间短路。因此，我国规定单相接地故障运行的时间不得超过2小时，并要加强监视。
为此，为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，使系统由单相接地故障发展为多相接地故障，引起故障范围扩大，所以在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，发出报警信号或指示，以提醒运行值班人员注意，及时采取措施，查找和消除接地故障。如有备用线路，则可将重要负荷转移到备用线路上，当危及人身和设备安全时，单相接地保护应动作于跳闸。
这种系统的缺点为：由于非故障相的对地电压升高到线电压，电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。

2.中性点经消弧线圈接地的电力系统

当接地电流较大，采用中性点不接地方式的系统易在接地点产生断续电弧，可能引起谐振过电压现象。为避免该现象发生，可采用中性点经消弧线圈接地的方式。
消弧线圈实际上就是一个可调的铁心电感线圈，其电阻很小，感抗很大。系统正常运行时，中性点电位为零，此时，没有电流流过消弧线圈。
由图2所见，当发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电容电流Ic与流过消弧线圈的电感电流IL的相量和。由于Ic超前Uc90°，而IL滞后Uc90°，如图2（b）所示，因此Ic和IL在接地点互相补偿，接地电流小于最小生弧电流，从而消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。并且消弧线圈还能减少电弧重燃的可能性，免于发生设备接地故障。
总之，中性点经消弧线圈接地的电力系统具有中性点不接地的电力系统的优点，且更优越。但同样存在一些缺点：（1）消弧线圈是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压；（2）中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的可能性，不能彻底消弧弧光接地过电压；（3）故障选线难，系统不能及时切除故障线路；（4）采用该种方式的电网系统建设成本比较大。

3.中性点经电阻接地的电力系统

中性点经电阻接地系统，就是在电网中性点与大地之间接入某一电阻器。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，适当选择所接电阻器的阻值，不仅可以减少电弧重燃的可能性，也可以抑制电网过电压的辐值，还可以提高继电保护装置的灵敏度以作用于跳闸，从而有效保护系统正常运行。由此可见，采用中性点经电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。
中性点经电阻接地系统的缺点为：（1）由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生；（2）当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。
随着一些城市电网负荷迅速增长、电缆线路增加很快、系统电容电急剧增加，特别是近几年大规模城市电网改造，电缆线路逐步代替架空线路，电网结构大大加强。在电缆线路为主的城市电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式，因单相接地过电压烧坏设备的事故概率大大增加。为解决这一矛盾，北京、广州、深圳等大城市逐步采用中性点经低电阻接地方式。中性点经电阻接地方式在上述城市配网中已有多年运行经验，运行经验证明，对降低系统过电压水平、提高系统可靠性具有良好的效果。

4.中性点直接接地的电力系统

随着我国电力系统输电电压的增高和输电距离的不断增长，越来越多的广泛采用中性点直接接地的运行方式，即中性点直接与大地相连。如图3所示。
正常运行时，由于三相系统对称，中性点的电压为零，中性点没有电流流过。当系统中发生单相接地时，由于中性点的钳位作用，故障相对地电压为0，非故障相对地电压是相电压，中性点对地电压仍为0。所以，按这种方式运行的系统，供电设备的相绝缘只需按相电压来考虑。这对110kV及以上的高压系统来说，具有显著的经济技术价值，因为高压电器，特别是超高压电器，其绝缘问题是影响电器设计制造的关键问题。电器绝缘要求的降低，直接降低了电器的造价，同时也改善了电器性能。并且在形成单相接地短路时，单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，使保护装置动作于跳闸，切除短路故障，使系统的其他部分恢复正常运行，工作可靠。
中性点直接接地系统的缺点为：（1）单相短路太大，必须立即断开电路，这样造成的后果是短期停电（重合闸成功），或者是长期停电（永久性故障，则重合闸不成功）。因此，供电可靠性不如小电阻接地电力系统；（2）巨大的短路电流引起的电动力和热效应可能使一些电气设备造成损坏。一些断路器由于切断短路电流的次数增加，会增加其维护检修的工作量；（3）大的接地电流对邻近的通信线路干扰大，感应电压可能危及工作人员安全，易发生触电伤害事故或引起信号装置误动作，因此，电力线和通信线间必须保持一定的距离。
三、结语
在三相交流电力系统中，采用哪种接地方式要根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行气象条件等因素经过技术经济综合比较来确定的，以达到较好的工程效果。中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地和中性点直接接地是配电网选取过程中常见的四种方式，各有利弊。因此，电力系统的中性点运行方式，应依据国家的有关规定，并根据实际情况而确定。我国6～10kV电力网和部分35kV电力网采用中性点不接地方式；20kV及以上系统中单相接地电流大于10A及3～10kV电力网中单相中专生毕业论文www.618jyw.com
接地电流大于30A，其中性点均采用经消弧线圈接地方式；我国一些大城市的10kV系统采用经低电阻接地的方式；110kV以上电力网和380/220V低压电网均采用中性点直接接地方式。
参考文献：
刘介才.工厂供电，北京机械工业出版社，2009第2版
企业供电系统与运行，中国劳动社会保障出版社