电力系统中性点

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中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析

三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性；同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。因此，在变电所的规划设计时选择变压器中性点接地方式中应进行具体分析、全面考虑。

我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式（在实际运行中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采用不接地方式），这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。

6～35kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。近几年来两网改造，使中、小城市6～35kV配电网电容电流有很大的增加，如不采取有效措施，将危及配电网的安全运行。

中性点非有效接地方式主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。

1 中性点不接地方式

适用于单相接地故障电容电流IC < 10A，以架空线路为主，尤其是农村10kV配电网。此类型电网瞬间单相接地故障率占60%～70%，希望瞬间接地故障不动作于跳闸。

其特点为：

·单相接地故障电容电流IC < 10A，故障点电弧可以自熄，熄弧后故障点绝缘自行恢复；

·单相接地不破坏系统对称性，可带故障运行一段时间，保证供电连续性；

·通讯干扰小；

·单相接地故障时，非故障相对地工频电压升高 31/2UC，此系统中电气设备绝缘要求按线电压的设计；

·当IC > 10A时，接地点电弧难以自熄，可能产生过电压等级相当高的间歇性弧光接地过电压，且持续时间较长，危及网内绝缘薄弱设备，继而引发两相接地故障，引起停电事故；

·系统内谐振过电压引起电压互感器熔断器熔断，烧毁TV，甚至烧坏主设备的事故时有发生。

2 中性点经消弧线圈接地

适用于单相接地故障电容电流IC > 10A虚拟试衣技术，瞬间性单相接地故障较多的架空线路为主的配电网。

其特点为：

·利用消弧线圈的感性电流补偿接地点流过的电网容性电流，使故障电流<10A，电弧自熄，熄弧后故障点绝缘自行恢复；

·减少系统弧光接地过电压的概率；

·系统可带故障运行一段时间；

·降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高，减少了跨步电压和接地电位差，减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。

目前国内运行的消弧线圈分手动调节和自动跟踪补偿两类：前一种手动调节时，消弧线圈需退出运行，且人为估算电容电流值，误差较大，现已较少使用；后一种能自动进行电容电流测量并自动调整消弧线圈，使补偿电流适应系统的变化，现一般都选择该种消弧线圈。

自动跟踪补偿消弧线圈分调匝式、调气隙式、直流助磁式和调容式等。根据我局变电所运行情况显示，调匝式价格较底，但调整级数较少，不能完全适应系统变化。调气隙式补偿线性度较好，但震动噪音极大，运行人员反映强烈，有待改进。调容式反应迅速可靠，运行安静平稳，运行人员反映较好。

3 中性点经电阻接地

中性点经电阻接地适于瞬间性单相接地故障较少的电力电缆线路。

中性点经电阻接地运行方式的特点：

·降低操作过电压。中性点经电阻接地的配网发生单相接地故障时，零序保护动作，可准确判断并快速切断故障线路；

·可有效降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压为31/2UC，且持续时间短；

·中性点电阻为耗能元件，也是阻尼元件(消弧线圈是谐振元件)；

·有效地限制弧光接地过电压，当电弧熄灭后，系统对地电容中的残余电荷将通过接地电阻泄放掉，下次电弧重燃时，不会叠加形成过电压；

·可有效消除系统内谐振过电压，中性点电阻接地相当于在谐振回路中并接阻尼电阻，试验表明，只要中性点电阻<1500Ω，就可以消除各种谐振过电压，电阻越小，消除谐振的效果越好；

·对电容电流变化的适用范围较大，简单、可靠、经济。

中性点接地电阻的选择：

·从减少短路电流对设备的冲击角度和从安全角度考虑，减少故障点入地电流，降低跨步电压和接触电压，I值越小越好，即中性点接地电阻应越大越好；

·为将弧光接地过电压限制在2倍以内，一般按 IR = (1～4) IC 要求选择接地电阻；

·中性点经电阻接地系统是通过各线路的零序保护判断和切除故障线路的，在选择Rn时，要保证每条线路零序保护灵敏度要求。

选择中性点接地电阻必须根据电网的具体条件，考虑限制弧光接地过电压、继电保护灵敏度、对通讯干扰、安全等因素。目前，深圳各区变电所中性点均采用15Ω，北京、广州等地的变电所则采用9.9Ω的小电阻接地方式。

4 6～35kV配电网的接地方式选择

以架空线路为主的城乡配网，架空线路发生接地故障70%为瞬间故障;只需按照规程要求，以系统电容电流是否大于10A来确定，选用中性点不接地或自动跟踪消弧线圈接地方式。

以电缆线路为主的城乡配网，变电所覆盖面较大，出线较多且一般为电缆线路，系统电容电流也较大，据有关文献和运行实践，电缆线路发生接地故障大约50%为瞬间故障。但由于电缆线路的特殊性，一般可选用小电阻接地方式，牺牲一些供电可靠性，来防止扩大事故。

以架空和电缆混合线路为主的城乡配网，兼顾架空和电缆线路的特点，使配网的接地方式选择在自动跟踪消弧线圈和小电阻两种方式上左右为难。

单相接地故障时，非故障相对地工频电压升高31/2 UC、持续时间长，可能引起多点绝缘击穿，事故扩大。

消弧线圈无法补偿谐波电流，而有些城市或工厂中谐波电流所占比例为5%～15%，仅谐波电流就足以支持电弧稳定燃烧。咖啡玉米

寻单相接地故障线路困难，目前许多小电流接地选线的动作率还不理想，往往仍采用试拉法。

电缆沟或电缆排管内的电缆发生单相接地时，寻故障线路时间长，在带接地故障运行期间，容易引起人身触电。另一方面采用小电阻接地方式，可能错误切除瞬间故障线路，造成对用户的供电中断，降低了供电可靠性，减少了供电量。

5 意见

对此类混合系统，电缆应用额定电压为8.7/10或12/15kV等级，以加强绝缘，在此基础上选用自动跟踪消弧线圈接地方式，并加装小电流选线装置，在发生单相接地故障时，应尽快出并切除接地线路。

值得注意的是一种自动跟踪消弧线圈并联小电阻，利用微处理器控制并联小电阻投切的接地设备即将问世，其原理为瞬间接地故障时，自动跟踪消弧线圈工作，经过一定的延时，接地故障未消失，微处理器可自动判断为永久接地故障，投入并联小电阻，使保护动作，切除接地线路，较好地解决了混合线路的接地问题。

综上所述，几种中性点接地方式各有优缺点，选择应从本网实际出发，权衡利弊，因地制宜地选用，而不应按电压等级“一刀切”。

[ 作者：罗海 | 转贴自：本站原创表面保护膜 | 点击数：303 | 更新时间：消音降噪2008-4-21 | 文章录入：imste 2007年第 6 期 ]

   (内蒙古技师培训学院，内蒙古呼和浩特 010051)
摘要：本文论述了中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统的结构，系统正常运行和故障运行时的特性。
关键词：中性点；接地；消弧线圈；电力系统
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2007)06—0101—02
   电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点，从电力系统运行的可靠性、安全性、经济性和人身安全等方面考虑，中性点常采用不接地，经消弧线圈接地、直接接地和经低电阻接地四种运行方式，我国3—66KV系统，一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。
1 中性点不接地电力系统的运行特点
中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图如图1所示：

   设三相系统的电源电压和电路参数都对称，每相与地之间的分布电容用一个集中电容C来表示，线间电容忽略。

系统正常运行时，三个相电压UA、UB、UC对称，三个相的对地电容电流ICO也对称，其相量和均为O，中性点对地电压为O，各相对地电压就是相电压。

系统的线电压大小和相位差仍保持不变。接在线电压上的用电设备仍能正常工作。但这种单相接地状态不允许长时间运行。因为系统单相接地后长时间运行可能造成非故障相绝缘薄弱处被击穿，形成相间短路，产生很大的短路电流，从而损坏线路及用电设备；此外，较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，稳定电弧可烧坏设备，引起相间短路，间歇电弧可产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。因此，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，系统运行时间不应超过2h。

中性点不接地系统都应装设单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，发出警报，提醒工作人员采取措施，排除故障。
2 中性点经消弧线圈接地电力系统运行特点

在中性点不接地系统中，当单相接地电容电流超过一定数值时（3～10KV系统中接地电流＞30A，20KV以上系统中接地电流＞10A），在接地点将产生电弧，引起危险的间歇过电压，因此须采用中性点经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过电压的产生。这种接地方式就是中性点经消弧线圈接地。如图3所示：
图3 一相接地时的中性点经消弧线圈接地系统

冷冻水产品2.1 消弧线圈的工作原理

系统正常运行时，由于三相电压、电流对称，中性点对地电位为0，线圈上电压为0，线圈中没有电流流过。当系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流IC与流过线圈的电感电流IL之和。由于IC超前UC90°，而IL滞后UC90°，IC与IL相位相反，在接地点相互补偿。只要消弧线圈电感量选取合适，就会使接地电流减小到小于发生电弧的最小生弧电流，电弧就不会产生，也就不会产生间歇过电压。
2.2 消弧线圈的补偿方式

根据消弧线圈中电感电流对接地电容电流的补偿程度不同，可以分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。
2.2.1 全补偿：
   当IL=IC（ωL=1/3ωC）时，接地点的电流为O，这种补偿称全补偿。从补偿观点来看，全补偿应该是最好的，但实际上不采用这种方式。因为系统正常运行时，各相对地电压不完全对称，中性点对地之间有一定电压，此电压可能引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘。
2.2.2 欠补偿：
   当IL＜IC，即感抗大于容抗时，接地点尚有未补偿的电容电流，这种补偿称欠补偿。这种补偿方式也很少采用。因为在欠补偿运行时，如果切除部分线路（对地电容减小，容抗增大IC减小），或系统频率降低（感抗减小IL增大，容抗增大IC减小），都有可能使系统变为全补偿，出现电压串联谐振过电压。
2.2.3 过补偿：
   当IL＞IC即感抗小于容抗时，接地点出现多余的电感电流，这种补偿称过补偿。过补偿可以避免出现上述的过电压，因此得到广泛应用。因为IL＞IC，消弧线圈留有一定的裕度，也有利于将来电网发展。采用过补偿，补偿后的残余电流一般不超过5～10安培。运行实践也证明，不同电压等级的电网，只要残余电流不超过允许值（6KV电网，残余电流≤30A、10KV电网，残余电流≤20A、35KV电网，残余电流≤10A）接地电弧就会自动熄灭。

中性点经消弧线圈接地系统，与中性点不接地系统一样，当发生单相接地故障时，接地相电压为零，三个线电压不变，其他两相对地电压也将升高[KF(]3[KF)]倍。因此，发生单相接地故障时的运行时间也同样不允许超过2h。

配电网中性点接地方式的分类和特点

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