船舶高压电力系统常见中性点接地法的辨析

1、牟鑫：船舶高压电力系统常见中性点接地法的辨析原 创 声 明本人牟鑫郑重声明：所呈交的论文“船舶高压电力系统常见中性点接地法的辨析”，是本人在导师徐海东的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。 论文作者（签名）： 日期： 2018 年 月 日摘 要目前船舶电气设备功率的日益增加，系统复杂程度、智能化程度、自动化程度的提高及其科学技术水平得到了空前的发展，低压系统已经不能满足船舶总

2、功率增加的需要，采用高压电力系统对船舶供电已是大型船舶电力系统发展的必然趋势。船舶高压系统提高了船员专业技能水平的标准，船员必须能够在最短的时间内对故障做出迅速反应并且采取最有效的处理措施，才能有效减少各项损失。目前研究船舶高压电力系统中性点接地方式是需要解决的关键技术问题。本文通过分析对比中性点接地方式的原理，得出中性点经电阻接地的系统在投资方面更经济，在供电方面可靠性更高，接触电压小，跨步电压对人员的安全威胁小，维护工作较少，设备绝缘程度高，可以通过阻值调节电弧接地故障过电压数值，对通信线路的干扰弱，系统更稳定，更适合被应用于现代大型船舶电力系统的中性点接地。关键词：船舶高压电力系统，中性

3、点，接地方式AbstractAt present, the power of the electrical equipment of the ship is increasing, the complexity of the system, the degree of intelligence, the improvement of the degree of automation and the level of its science and technology have been developed unprecedentedly. The components of the low

4、voltage power station can not meet the need of the increase of the total power of the ship, and also improve the standard of the professional skill level of the ship crew. The crew must be able to respond quickly to failures in the shortest possible time and take the most effective measures to effec

5、tively reduce the losses. At present, what kind of grounding method is adopted in the neutral point of Chinas marine high voltage power system is the key technical problem we need to solve.In this paper, the characteristics of different grounding systems are analyzed in detail. By analyzing and comp

6、aring the principle of neutral grounding, advantages and disadvantages, plus its practical scope. After comparing and analyzing the characteristics and advantages and disadvantages of different grounding methods, the more effective grounding scheme is further explored. The system of neutral point th

7、rough resistance grounding is more economical in investment, more reliable in power supply, small in contact voltage, small in the threat of stride voltage to human safety, less in maintenance, and in equipment. The high degree of edge can regulate the earth fault overvoltage value by resistance, an

8、d the interference to communication lines is weak, and the system is more stable. But the relay did not move quickly. Due to the application of computer protection, the speed of system protection has been greatly improved. It is of great significance to the selection of neutral grounding mode in the

9、 current transformation of ship power network.Key words:Marine high voltage electrical system, Neutral point, Grounding operation mode 目 录前 言11船舶高压电力系统21.1船舶高压电力系统的组成21.2船舶高压电力系统的主要特点21.3船舶采用高压电力系统的原因32电力系统中性点接地的方式42.1 影响接地方式选择的因素42.1.1 船舶电网线路的特点42.1.2 影响因素42.2 中性点接地方式分析62.2.1 中性点不接地方式62.2.2 中性点直接接地

10、方式72.2.3 中性点经消弧线圈接地方式72.3中性点经电阻接地方式92.3.1 低电阻接地系统102.3.2 中电阻接地系统102.3.3 高电阻接地系统113中性点接地方式的综合比较及阻值的选取123.1几种接地方式的特点123.1.1 中性点不接地电力系统123.1.2 中性点直接接地系统123.1.3 中性点经消弧线圈接地系统123.1.4 中性点经电阻接地电力系统133.2各种接地方式的比较分析143.2.1 影响因素方面的比较143.2.2不同接地方式对系统性能的影响153.2.3 接地电阻值的选择16结 论17致 谢18参考文献1919山东交通学院毕业设计（论文）前 言目前船舶

11、电气设备功率的日益增加，系统复杂程度、智能化程度、自动化程度的提高及科学技术水平得到了空前的发展，低压系统已经不能满足船舶总功率大幅增加的需要。船舶高压系统提高了船员专业技能水平的标准，船员必须能够在最短的时间内对故障做出迅速反应并且采取最有效的处理措施，才能有效减少各项损失。同时，对中性点的接地方式的选择也有了新的要求。中性点是当变压器或者负载侧采用星形接线时，三相线圈的首端或尾端连接在一起的公共点1。中性点接地运行方式是一项综合性技术问题，是确保电力系统安全运行的前提，又是系统运行的可靠性、经济性及人员安全等因素的保证。随着船舶电气设备自动化程度的提高，特别是电气负荷急速增加，船舶发电机的

12、功率也随之大幅度增加。目前就大型船舶电力系统容量设计值已高达15MVA20MVA，大型豪华油轮更高达70MVA船舶低压电力系统已无法满足现代化大型船舶电力系统容量的要求，采用高压电力系统已成为大型船舶电力系统的必须选择2。中性点的接地方式直接关系到船舶供电系统的可靠性和连续性，影响到电网的绝缘水平和经济成本等，同时与故障分析、绝缘配合等也有密切联系。因此，船舶高压电力系统中性点的接地方式，是需要我们研究的一个关键性技术问题。从目前发展的趋势来看，随着船舶系统复杂程度、智能化程度、自动化程度的提高，船舶电力系统功率大幅度增加，中性点经高电阻接地方式越来越被认可，逐渐广泛应用于现代大型船舶上。在本

13、文中，研究了中性点接地方式在高压电力系统中的应用，并进行了对比分析，总结了各类接地法的优点和缺点。通过计算电力系统中性点经高电阻接地的电流，选择出合适的接地电阻值，以获得加倍可靠的计算阻值的方法。随着大型船舶越来越多被采用，船舶电站的容量越来越大。在高压电力系统的使用已经逐渐成熟的今天，性能优越，技术精湛，经济合理的中性点接地方法将直接影响经济效益，这也是本文的研究价值和应用价值。1船舶高压电力系统1.1船舶高压电力系统的组成关于船舶电力系统等级的划分标准在全球是不完全一致的。美国电气和电子工程师协会（IEEE）标准规定，额定电压大于1KV，小于10KV的电力系统为中压交流电力系统3。IEEE

14、在低中压电压级别之外，还划分了高压和超高压级别，而这两个级别就是本文所说的船舶高压电力系统的级别。我国船舶高压系统的定义（中国船级社CCS钢质海船入级规范2009的规定）是：额定电压在1KV至15KV，额定频率为50HZ或者60HZ的交流系统，或在额定工作前提下最高瞬时电压大于1500V的直流系统4。如果船舶制造者等科技人员有特殊要求，必须向中国船级社申请，经过许可才能采取更高的电压等级。船舶高压电力系统高压部分主要包括高压发电机组、真空断路器、高压配电板、高压变压器和高压负载（如首侧推电机)5。（1）电源：由高压发电机作为主发电机组成（此外还有应急发电机和蓄电池）。高压发电机是应用高压电力系

15、统的船舶的命脉，是动力的源头。高压发电机的型号有多种，例如:3390KVA,6.6KV,50Hz,296A高压发电机型号。（2）配电装置：船舶配电装置是用来接受和分配船舶电能，并能对船舶发电机、船舶电网及各种船舶用电设备进行切换、控制、保护、测量和调整等工作的设备6。在船舶高压电力系统中，通过高压变压器需要将高压发电机发出的高压电转换为低压电然后再通过船舶电网对船舶低压电器设备进行供电，因此和船上普通的电力系统相比，船舶高压电力系统在配电装置中就多了一个高压变配电盘。除此之外，在配电装置的其他部分，高压电力系统和普通低压电力系统差异也很大。（3）电网：船舶高压电力系统的电网由高压电网和低压电网

16、两部分组成，高压变压器的两端连接这两部分。首先高压电网连接高压变压器，变压器将高压变为低压，然后从另一头连接低压电网，向船舶的低压用电负载供电。（4）用电负载：船舶高压电力系统用电负载除了具有普通低压电力系统中的低压负载外，还有高压断路器，高压熔断器，高压隔离开关等高压电力负载。1.2船舶高压电力系统的主要特点（1）在当今大型船舶10MW以上容量上，采用船舶高压电力系统就极大的满足了它的要求。（2）高压电力系统结构更加完善，具有更好的供电可靠性。（3）线路传输损耗相对较小，布线和安装上更加科学化。1.3船舶采用高压电力系统的原因随着船舶上用电设备的不断增添，就导致了船舶的容量不断的变大。当前船

17、上用的低压工频发电机的额定容量限度是不能够超过2.5MW这个限度的。照这种情况，一个大容量船舶就需要十几台可能还会更多的低压工频发电机。这无形中就显得特别繁琐，并且在现实中也不可能这样做。正如上述，随着船舶容量的增加，一旦发生故障接地后，就会产生特别高的短路电流。虽然我们可以采用中性点接地技术来规避这一缺陷，但是理论上规格根本不搭配。因为之前都是采用的船舶低压电力系统中性点接地技术，这种技术在船舶容量上去之后根本就不合适了。还有就是各种保护装置都局限于船舶低压电力系统，则在船舶容量上去之后，一旦发生故障接地，产生的高电流会使保护装置失去作用，因此才会选择船舶高压电力系统。在船舶用电装置数量上去

18、之后，其船舶容量也会大幅度升高，一旦用低电压等级的电缆运输电能，将会发出很高的无功功率，从而使船舶电力系统的供电效率大幅度降低，因此采用高电压等级的船舶电力系统在未来的发展前景将更加明朗。通过这两年的发展，船舶高压电力系统应用到船舶上比船舶低压电力系统效益更加明朗。船舶高压电力系统应用于大型船舶，能够摆脱采用十几个低压发电机的困扰，并且能够提高整个船舶电站的工作效率，最重要的是大幅度的提高了大型船舶的容量，因此这就直接的决定了船舶高压电力系统在未来大型船舶上所居于的位置。当今不管是国内还是国外，船舶高压电力系统现在都处于前期阶段，所以在技术，安全以及经济性方面，还有许多问题等着去解决，特别是下

19、文注重研究的船舶高压电力系统中性点接地方式，它是一个综合性，技术性的问题，所以需要下更大的功夫来进行研究，使船舶高压电力系统更加的完善，从而促进其发展。将来，科技水平的日益提高，远洋船舶上的电气化水平越来越高。船舶上的用电设备不断增多就使得船舶的电容量增大，因此船舶高压电力系统将在大型船舶中应用更加广泛。2电力系统中性点接地的方式随着远洋贸易往来的增加，航运业也正在发展。为了节省运输成本，减少运输时间，为了提高效益，船舶逐步规模化、大型化，船舶电力容量的需求更大。电源不仅需要满足生产需要，而且要保证安全性、可靠性及经济性。电力系统的容量不断增大，接地故障也跟着增加，严重威胁到设备的正常运行以及

20、人身安全。这导致了许多技术方面的改革，中性点接地的选择就包括在其中。2.1 影响接地方式选择的因素电力系统中性点接地运行方式涉及到供电的连续性、安全性和可靠性等几个方面，是一个特别复杂的难题，需要把配电网的结构和系统电路的构造，继电装置体系动作保护的构成和断电方式，用电装置的使用寿命和船上人员的安全等多方面都考虑在内。因为地域不同，电网特点差异，发展阶段不同，所以对接地方式选择的要求都会有区别，因此我们需要考虑不同的接地方法。我们必需提前进行归纳、概括，考虑到各类影响因素和限制条件，以确定中性点的具体接地方式。2.1.1 船舶电网线路的特点（1）工作环境恶劣。环境温度变化大；容易受到潮湿，盐雾

21、，油雾，霉菌，凝露等不良环境的影响；工作的稳定性差；电磁污染严重。（2）电源由于空间限制与用电单位的间隔很小，距离小导致了船上电路中的线路阻抗特别微弱；短路故障处的电流强，尤其在汇流排处的是最为剧烈的，会直接使电机产生的特别大的短路电流，造成情况更加的难以控制，对断路器等防护设备造成很大的威胁，非常地不安全。（3）当接地故障发生，电缆线故障大多情况下是永久性的，产生的闭合电弧通常不会自动熄灭，如果系统正在运行过程中，则故障可能变为相位短路，导致事故进一步扩大。（4）船舶电力电缆外部护套非常可靠。遭受外力破坏（割断，切断）的可能性很小。2.1.2 影响因素（1）供电可靠性供电是否可靠直接影响到电

22、力的质量。接地故障中，单相接地故障是最为常见的一种接地故障，严重威胁到船舶供电可靠性。当系统发生单相接地故障的时候，接地点立即生成特别大的故障电流，特殊状态时的故障电流甚至会远远超过三相短路电流，因此必须马上排除船舶上出现单相接地故障。当故障发生时，如果故障电流很小，便不需要继电保护，不需要断路器动作。单相接地故障普遍发生时间特别短，绝大多数单相接地故障能迅速自行消除；如果遇到长时间的故障，也不必马上断开电源，系统通常可以带故障运行持续一段时间。因此，小电流接地系统在供电可靠性方面比较有优势。（2）继电保护在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现

23、有选择性的接地保护比较困难。而在中性点直接接地系统中则比较容易。由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切断故障，且保护装置结构简单，工作可靠。所以，从继电保护的角度出发，以采用大电流接地系统的工作方式较为有利7。（3）线路设备绝缘水平线路绝缘水平受不同接地方式的影响程度也是不同的。在船上，绝缘水平的影响因素包括两部分：一、工作电压最大值；二、不同类型的过电压。相对于不直接接地系统，直接接地系统的绝缘程度通常可以减少将近百分之二十。因此可以得出，电力系统中绝缘的大小随着中性点的接地程度越高，绝缘越有优势。（4）干扰通信系统通讯干扰的危害是不可忽视的。通信质量变差是轻微的影响，减少通信设施

24、的使用年限以及威胁到生命安全就是严重的威胁。由于信息时代的到来，通信设施的增加，我们不得不防范对通信的干扰。船舶上的交流线路都会产生交变电磁场，这部分的电磁场将在附近的线路产生感应电压。从而可能影响附近的通讯线路或信号系统；输电线路所造成的干扰有两种，一种是低频干扰，另一种是音频干扰。造成干扰的具体途径也有两种，一种是静电感应，另一种是电磁感应8。中性点不接地系统的接地电流通常都是很小的，因而一般不会在通信线路上感应出很高的电压，但是，也应该注意，干扰的严重程度并不是取决于电流的大小，而是与同地中电流的延续时间及波形有密切的关系9。一般在不接地系统当中并不会设置关于断电的一些保护设施，一旦发生

25、故障，时间会比较长，所以造成的干扰威胁是不可忽视。总体来看，首先从电磁干扰方面出发，相对于中性点接地系统，中性点不接地运行并没有特别大的优势。虽然中性点经小电阻接地应用于系统的效果很不理想，但值得一提的是，中性点经小电阻接地的接地故障是最容易被快速排除的，因此造成的威胁时间也是最短的。其次从干扰观点来看，经消弧线圈接地有着明显的优势，因为当发生单相接地故障时，在其中的感应回路和电流分布都是可控的，与故障发生处无关，所以就可以通过一定的方法使电磁感应分解为两个彼此抵销的分量，从而使电磁感应得以相互抵消。（5）人身安全人身安全更是接地方式不可忽视的重要因素，对于这种直接接触高压的事故，是否会造成人

26、身伤亡的关键不在于是哪一种中性点接地方式，而是在于触电者接触带电体的方式以及触电后脱离的时间，所以从保护人身安全方面考虑，中性点不接地或经消弧线圈接地系统由于在发生单相接地时不立即跳闸，所以对误碰带电线路且不易立即脱离电源的人会带来较大危害，而对于中性点经小电阻接地系统在发生金属性单相接地时，由于时间短、保护能正确及时动作使触电人员立即脱离电源，以尽管短路电流较大,但是给人身造成的伤害相对而言会比较小10。应综合考虑触电的方式、触电后保护的动作情况等等。2.2 中性点接地方式分析电力系统中性点接地方式有两大类：一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地系统；另一类是中性点不接地，消弧线圈

27、或高阻抗接地，称为小接地系统11。2.2.1 中性点不接地方式中性点不接地法在船舶电力系统中也叫三相绝缘系统。指的是中性点与地面或者船体不相连。然而事实上，在这种系统里中性点是通过大气与地面连接的。如果发生一相接地时，供电并未立即遭到影响，可以持续运行一段时间，但是系统如果想要长时间在一相接地的情况下运行，是不可行的，此刻正常的相电压会增大，某些绝缘薄弱点被击穿的可能性变大，继而导致系统发生更加严重的两相接地短路，将威胁电气设备安全。(1)中性点不接地系统的主要优点包括：船舶高压电力系统采用中性点不接地技术对于发生三相导线中的一相导线出现故障导致接地时，虽然原中性点电位值由原来的零提高到相电压

28、值，各相导线上的相电压值提高到线电压值，但各相之间的线电压不管是在数值上还是在相位上都没有改变，因此还可以继续维持用电设备短时工作2小时，也算是提高了供电的可靠性。另一方面由于接地电流小，因此在接触电压和跨步电压，低压电网的冲击以及对通讯系统的干扰等方面都得到了很好的改善。在经济利益方面上，采用中性点不接地技术即降低了船舶高压电力系统的投资成本，也降低了接地设备上的需求。(2)中性点不接地系统的缺点:船舶高压电力系统采用中性点不接地技术，虽然在一相导线出现故障导致接地时能够带载继续运行，但是不及时查找故障原因并修理就会导致另一相也出现故障接地。一相接地另外两相增大到线电压，如果各相导线的外绝缘

29、层正好老化或者质量上有问题都会导致这两相绝缘层被击穿导通。上述这两种情况都会构成短路回路产生大电流对电网和用电设备产生恶劣的影响甚至产生重大事故。另一方面，虽然一相接地其零序电流相对来说算是比较小的，但是它也会在故障点处产生间歇的或者是稳定的电弧。稳定的电弧还算好，但是对于高电压配电线路，致使中性点不接地技术一相导线接地时，其接地电容电流过大，这样产生间歇的电弧引起的过电压来说，它的电压幅值能够达到相电压的两三倍，这么高的电压会对船舶高压电力系统以及用电设备产生恶劣的影响，例如可能击穿用电装置的绝缘，造成两相导线绝缘等级下降击穿短路构成回路，高电流被产生从而对船舶耗电设备造成恶劣影响。再有就是

30、在大风大浪的天气下出现上述事故那后果真的是不堪设想，因此中性点不接地方法多用于船舶低压电力系统，对于船舶高压电力系统来说确实不太适用。2.2.2 中性点直接接地方式中性点直接接地指的是中性点直接连接到地面或船体。一旦出现单相接地故障，故障点会和正常线接地中性点形成短路，产生的电流很大，需要继电器保护立即动作，将故障部分排除。经验证明，大多数单相接地故障，特别是在空中的线缆，电压大于1KV的电网中具有瞬时特性，排除故障部分后，绝缘恢复，输电线缆马上恢复正常工作。现在，在直接接地系统中，装配了自动重合闸装置，提高了供电的可靠性，发生单相接地后，自动合闸装置会立刻动作，若是瞬时故障，是可以恢复的。中

31、性点直接接地的特点是中性点的电位在系统任何工作情况下都是保持不变的，一直为0。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，要想实现接地保护是比较困难的，因为单相接地电流比正常电流小很多，但是这个问题在中性点直接接地系统中就可以得到相对比较简单的解决，接地电流较大，使继电保护切除故障线路更加地迅速而准确。如图2.1，如果中性点接地电网发生单相故障接地，中性点电位仍为零，非故障相对电压基本相等的原因是单相接地短路电流大，电路可以快速的被继电保护装置切断，防止间歇电弧过电压的发生；为了补偿其对电源的影响的缺点，使用自动重合闸装置，尽快依靠它来恢复供电12。图2.1 示意图中性点直接接地系统Figure

32、2.1 Schematic neutral point direct grounding system2.2.3 中性点经消弧线圈接地方式中性点经电抗器（消弧线圈）接地技术组成的船舶高压电力系统与中性点不接地技术的主要区别就是在中性点不接地法的基础上，将中性点处连接一个电抗器（消弧线圈）然后再与大地相连。中性点采用电抗器（消弧线圈）接地技术在发生故障而被导致单相接地时，各相导线中的相电压变化和采用中性点不接地技术构成的船舶高压电力系统时是大体一样的，都是故障点处的对地电位变为0V；而无故障的两相导线的相电压值提高到了线电压值，中性点处的对地电位被提高到相电压，各相之间的线电压和其相位关系没有发

33、生任何改变。一旦发生单相接地故障，故障处的电弧一般是不能自己熄灭的，使过电压生成的概率变大，对安全运行造成很大的威胁。所以需要消弧线圈的电感电流，电感电流可以接地电容电流补偿，减小故障点的电流，使其降低到能自熄的范围内。这样，一段时间内电网仍然可以带故障继续工作，提高了电网的供电可靠性。中性点经消弧线圈接地中消弧线圈主要由气隙铁芯和铁芯绕组两部分构成，主要放置在变压器油箱内，中性点经消弧线圈运用过程中可以通过改变绕组的匝数实现对消弧线圈电感的调节，从而提升中性点经消弧线圈接地的控制效益,降低系统中可能出现的谐振，提升系统的安全性和可靠性13。如下图2.2为中性点经消弧线圈接地的系统中发生单相接

34、地时的电路示意图和相量图：图2.2中性点经消弧线圈接地系统单相接地示意图和相量图Fig. 2.2 Single-phase grounding fault sehematie and phase diagram of neutral acr-supperssion-coil grounding sysetm从相量图得，接地相线电压为0，电容IC为0；正常运行相电压升高3倍，中性点电位不为0，接地点电容电流为IC=ICA+ICB，接地点电感电流为IL，接地点电流为I=IC+IL。图2.3中性点经消弧圈接地系统A相接地故障等效图Fig. 2.3 Phase-A gorunidng fault eq

35、uivalenti dagram of neualtral arc-supperpession-coil gorunding system由图得知:消弧线圈的电感电流经接地点沿故障相返回,接地点的电流增加一个电感分量的电流,由于电感电流与电容电流相位相反,所以两者相互抵消,使流过接地点的总电流接近为0,从而使接地电弧自动熄灭。根据目前电容器电流的补偿水平，一般有三种补偿方式：1.全补偿，接地电流为0。从消弧角度看，这是最好的补偿，但在实践中却没有这样的补偿。正常操作，由于许多原因，导致不对称三相电网，电压中性点在一定程度上，可能引起串联共振过电压，对电网绝缘造成损害。2.欠补偿，接地位置还存在

36、部分未补偿的电容性电流。因为保持一些线路，消除事故或降低系统频率可能导致系统关闭或实现完全补偿，从而导致串联谐振过电压。3.过补偿，还存在一种过多的电流。补偿可避免产生共振过电压、接地系统，因此在补偿中广泛应用于电感电流不能超过指定值，否则不能可靠地灭弧14。对于补偿方式来说一般采用的都是过补偿，因为这样对于船舶高压电力系统会更加的安全可靠。过补偿度不大，普遍在百分之五到百分之十范围之间,电流比较小，所以很难判别故障线路。中性点经消弧线圈接地方式的特点是单相接地故障时，不立即跳闸,电网可带故障运行一段时间大约2小时。当接地电流小于10A时，电弧可以自动消失，对于系统，因接地电流得到补偿,单相接

37、地不会发展成为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性大大高于其它接地方式。2.3中性点经电阻接地方式这种中性点接地技术的目的是通过在船舶高压电力系统中性点不接地技术的基础上将中性点通过一个电阻与大地连接，当发生单相故障接地时不至于产生间歇地电弧来对船舶电力系统构成威胁。电阻接地方式从阻值上可以分为:低电阻接地、中电阻接地、高阻接地，其阻值范围如表2.1所示15。表2.1电阻接地的阻值Table 2.1 Resistance to grounding resistance阻值类型高电阻中电阻低电阻电阻值（）数百数千2010020单相故障接地时电流（A）10303006001000具体

38、原理是：当船舶高压电力系统正常运行时，三相导线上的相电压是对称的。当发生一相接地故障时，在接地点处不但有容性电流而且也存在阻性电流。这两种电流构成阻容性电流，使接地点处的电流超前电压的相位差减小，在接地点处形成的间歇性电弧熄灭后再复燃的重燃率大幅度降低。而且当回路中的阻性电流达到足够的电流值时，间歇性电弧将不再产生。从而有效地防止间歇性电弧导致的过电压影响。选择合适的接地电阻能在发生单相接地故障时，使容性电流小于阻容性电流，从而提高了零序保护的灵敏度，使保护装置迅速跳闸，提高了保护的能力。2.3.1 低电阻接地系统中性点直接接地和经消弧线圈接地这两种方式，随着电网的不断发展，电缆的广泛使用，单

39、相故障接地过电压的危害性越来越大。现在的中性点接地方式不能完全满足电网运行安全可靠要求。低电阻接地方式已经逐渐被广泛的使用：低电阻接地的优点是：（1）可以使用流量大，残留压力低的MOA作为电网过电压保护装置；（2）自行消除接地故障，操作更加简单，维护更加方便；（3）减弱设备老化速度，延长设备使用时间，增大设备的可靠性、安全性；（4）电力网络内过电压可减少火灾事故的可能；（5）接地处故障电流高，所以继电装置迅速动作，线路选择没有问题；（6）消弭五次谐波电压下的电弧地，避免事件扩大到短路。（7）故障接地点可迅速被清除，过电压值低，可消除谐振过电压现象。可降低电缆绝缘等级的要求，也可降低电气设备的绝

40、缘等级要求。但由于电力系统的中性点由小电阻接地而接地电阻很小，故障电流可达数百数千，乃至更高，远远的大于所允许的安全值，所以也会给电力系统带来很多困难，如故障时接地电流太大，容易扩大事故。当电力电缆发生单相接地故障时，超弧可能危及相邻电缆，数百安培的接地电流将引起电位升高，远高于安全的允许值，给低电压设备、通信路线、电子设备的人身安全带来风险，电流过大时，因为电阻产生的热容与地电流的平方成正比，会造成困难（制造电阻器），对操作也造成不便16。2.3.2 中电阻接地系统中电阻接地系统克服了中性点经低电阻接地方法的缺点，同时拥有着它的优点。在原理上，中电阻接地基本上与小电阻接地相同，界线之间没有严

41、格的区别，在许多区域这两种接地方法统称为小电阻接地，然而，接地电阻的有大有小，接地故障电流也有高有低。对于中性点接地系统：(1)接地阻值选择的时候，要保证电阻的接地电流IR=（11.5）IC，将过压幅度限定在小于正常相电压的2.6倍（该值是高压电机可承受的最大过电压倍数）17。(2)从人员设备安全来看，接地故障电流不能过大，应该控制在100A左右。当电网电流大于100A时，需要采取措施，使其降低到100A以下。虽然中性点经中电阻接地方法的故障接地电流小于小电阻接地方式的故障接地电流，但是依然存在不足。由于中电阻接地系统的IC和IR相差不大，继电器保护会受到影响。2.3.3 高电阻接地系统采用中

42、性点经小电阻或者中电阻接地法，当一相发生故障接地后由于接地的阻容性电流在几百安以上，从而使保护装置能够迅速跳闸，提高了保护装置的动作灵活度和选择性；另一方面，采用中性点经小电阻或者中电阻接地法能够降低电力系统的绝缘老化现象，从而提高了电力系统以及用电设备的可靠性；此外这种方式还能消除间歇性电弧引起的过电压现象。该接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市配电网、发电厂厂用电系统及工矿企业配电系统18。在船舶高压电力系统中，正是因为高压电力系统，所以一旦一相发生故障而导致接地后就会产生超高的接地电流。这种情况下由于保护设备过于灵敏，所以在某种程度上容易使

43、船舶发生事故；另一方面，产生过高的接地电流容易对船上的人身安全产生巨大威胁，并且对船上的用电设备损害也不小。提高接地电阻的阻值，使单相接地故障时的接地故障电流小于10A，由于故障电流较小，系统将允许带故障运行2小时，提高了供电可靠性，又由于电阻既是耗能元件，又是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，因此，中性点经高电阻接地方式能防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，减少电弧接地过电压的危险性，并使接地故障选线装置变得简单而有效，对临近通信线路的干扰也较弱19。高电阻接地的主要优点是：在使用中性点经高电阻接地技术时，当一相导线产生故障而导致接地后能够使单相接地的故障电流被控制在小于10A左右，所以在

44、船舶高压电力系统中面对高电压，一旦发生单相接地事故不至于接地电流过大对船员人身安全以及船舶设备产生过大的影响。此外，通过调节高电阻使其电容电流小于容阻性电流不但能使保护装置的灵敏度和选择性得到提高，而且还能带故障运行两个小时左右提高了运行可靠性而不像采用中小电阻那样使保护装置过于敏感，一旦故障立马跳闸。另一方面采用高电阻和采用中小电阻一样能够消除间歇性电弧引起的过电压和谐振过电压。对于中性点经高电阻接地法的缺点就是由于其本身的某些特性致使这种中性点接地技术的推广受到限制，在本文中将不再给出解释。对于船舶高压电力系统来说，中性点经高电阻接地技术既能够保证高压电力系统正常工作状态下的供电连续性，又

45、能够很好的解决船舶上设备保护以及船员人身安全等一系列问题。3中性点接地方式的综合比较及阻值的选取3.1几种接地方式的特点3.1.1 中性点不接地电力系统中性点不接地方式，即中性点对地绝缘，结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省。对于中性点不接地方法用在船舶低压电力系统算是再合适不过了，但是当其用于船舶高压电力系统时，一相出现故障接地使其接地电容电流变的挺大，因此需要一系列的接地保护装置。常用的接地保护装置有：绝缘检测装置、零序电流维护装置、零序方向维护装置。零序电流维护装置。用于船舶高压电力系统采用中性点不接地技术出现一相导线故障导致接地后，保护电路防止被烧毁。因为发生接地故障后，接地点

46、处相对于正常状态下零序电流会大很多，这样会对线路产生恶劣的影响烧毁线路。安装零序电流保护装置，使其设置的电流略大于线路额定电流，当线路中的电流升高时该装置就会动作起到保护的作用。零序方向维护装置。根据故障和非故障电路始端的不同零序电流流向来对零序方向进行保护，优点在于其可选择性20。绝缘检测装置。中性点不接地技术在正常工作状态下，其中性点处的电压相量之和为零，当一相出现接地故障后则中性点处的电压相量之和就不再是零，导致形成零序电流。绝缘检测装置就是利用这一现象通过电压互感器来反应是否出现接地故障从而及时的采取措施解决问题。中性点不接地技术由于其本身特点被广泛的应用于船舶低压电力系统，在当今船舶

47、上被普遍采用。而对于当今社会的发展，船舶的用电总容量提升的相当迅速，因此也可以说是船舶电力系统被迫将采用船舶高压电力系统，但对于中性点不接地技术在船舶高压电力系统中也露出了不少的弊端，所以就导致这一中性点接地技术在船舶高压电力系统的路上算是走向了尽头。3.1.2 中性点直接接地系统在相关中性点接地中，直接接地与其他接地方式相对比，是最为简单的。在发生单相接地短路故障的情况下，直接接地对于降低系统的电弧过电压是非常有效的，但是会产生非常大的接地电流是它存在的致命缺点，对船员和设备的安全具有很大的威胁。因此船舶高压电力系统在选择接地的方式上时几乎不会采用直接接地。3.1.3 中性点经消弧线圈接地系

48、统通过上述中性点经消弧线圈接地法的分析，我们可以看出通过使用消弧线圈,经过电感线圈产生的感性电流对接地容性电流补偿后，能够将接地电流降低到10A以内，使电弧得到熄灭，从而可以有效的防止接地电容电流产生的过电压现象。另一方面由于中性点经消弧线圈接地法包含了中性点不接地技术，所以在船舶高压电力系统中，当发生一相故障出现接地时，虽然各相导线上的相电压被提高到线电压，即变为原来的倍，原来的中性点处对地电位也被提高到了相电压，但是各相导线之间的线电压是没有改变的，即线电压的大小和相位都和之前是一致的，并没有发生改变。因此还可以继续维持用电设备短时工作2小时，也算是提高了供电的稳定可靠性。通过消弧线圈补偿

49、以后，接地容性电流变小了，因此所产生的不稳定磁场对通讯系统的干扰等方面都得到了很好的改善。中性点经消弧线圈接地方式在内部的原理上就已经保护了船舶高压电力系统，防止其受到破坏。因此可以说是一种安全系数挺高的中性点接地技术了。中性点经消弧线圈接地法的缺点：中性点经消弧线圈接地法在实际应用中实现消弧线圈产生的感性电流和接地容性电流完全补偿是不存在的，是不可能的。因为在船舶高压电力系统的线路中存在着导线电阻、漏电阻、接地点的电阻、变压器和电抗器的有功损耗等，从而导致一个不太大的剩余电流在接地故障点处流过。另一方面，由于电容规格不一致或者由于某些因素导致三相导线中的分布电容不一致或者是一相导线出现断线的

50、问题，就会导致消弧线圈和分布电容出现串联谐振，从而使中性点处生产出一个很危险的高电位。这是中性点采用消弧线圈接地法的缺点之一，也是为什么要采用过补偿法的原因。目前运行在配电网中的消弧线圈的结构多为手动调匝，必须退出运行才能调整，且在线实时检测电网单相接地电容电流的设备很少，因此消弧线圈在运行中不能根据电容电流的变化及时地进行调节，不能很好的起到补偿作用21。另一方面，由于用电抗器（消弧线圈）补偿了接地电容电流，从而使总的接地电流变小了。虽然这是一个好事，但是也加大了船舶高压电力系统的运行复杂程度，并且由于电流过小就使得保护装置动作不灵活，就不能采用普通的保护装置而采用更先进灵活的保护装置，而这

51、就使得投资成本变高，经济性变差。3.1.4 中性点经电阻接地电力系统采用中性点经小电阻或者中电阻接地法，当一相发生故障接地后由于接地的阻容性电流在几百安以上，从而使保护装置能够迅速跳闸，提高了保护装置的动作灵活度和选择性；另一方面，采用中性点经小电阻或者中电阻接地法能够降低电力系统的绝缘老化现象，从而提高了电力系统以及用电设备的可靠性；此外这种方式还能消除间歇性电弧引起的过电压现象。该接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市配电网、发电厂厂用电系统及工矿企业配电系统22。在船舶高压电力系统中，正是因为高压电力系统，所以一旦一相发生故障而导致接地后就会

52、产生超高的接地电流。这种情况下由于保护设备过于灵敏，所以在某种程度上容易使船舶发生事故；另一方面，产生过高的接地电流容易对船上的人身安全产生巨大威胁，并且对船上的用电设备损害也不小。中性点经高电阻接地法的优缺点：在使用中性点经高电阻接地技术时，当一相导线产生故障而导致接地后能够使单相接地的故障电流被控制在小于10A左右，所以在船舶高压电力系统中面对高电压，一旦发生单相接地事故不至于接地电流过大对船员人身安全以及船舶设备产生过大的影响。此外，通过调节高电阻使其电容电流小于容阻性电流不但能使保护装置的灵敏度和选择性得到提高，而且还能带故障运行两个小时左右提高了运行可靠性而不像采用中小电阻那样使保护

53、装置过于敏感，一旦故障立马跳闸。另一方面采用高电阻和采用中小电阻一样能够消除间歇性电弧引起的过电压和谐振过电压。对于中性点经高电阻接地法的缺点就是由于其本身的某些特性致使这种中性点接地技术的推广受到限制，在本文中将不再给出解释。对于船舶高压电力系统来说，中性点经高电阻接地技术既能够保证高压电力系统正常工作状态下的供电连续性，又能够很好的解决船舶上设备保护以及船员人身安全等一系列问题。3.2各种接地方式的比较分析3.2.1 影响因素方面的比较从电源的不间断供电方面来看，中性点不接地、经高电阻接地、经消弧线圈接地等各种系统中，单相故障接地处的电流非常弱，几乎大部分接地处故障部可以自动消失，并且发生

54、永久故障时也不会使系统断电。通过中小阻抗接地系统，断路器经常跳闸，必须采取补救措施来提高电源可靠性。从接地故障处的过电压来看，当系统出现单相接地故障时，中性点经高电阻接地和经消弧线圈接地或不接地系统，正常的相电压增加，很容易导致两相短路；并且消弧线圈在这个过程中也可能生成谐振过电压；中性点不接地系统，容易产生间歇性电弧过电压；但是这种过电压可以有效的被低电阻接地系统控制。从人员安全来看，不接地系统生成的间歇电弧，会产生很大的电流流入地面，在船上这种情况，对船员安全威胁很大。相比来看，经电阻接地系统比较安全，首先中、小电阻接地系统故障时间非常短，而高电阻接地系统产生的电流小，对船员安全不会造成很

55、大的威胁。从继电保护方面，大接地电流可以提高灵敏度的保护，并且小的接地电流难以保证继电器的灵敏度和选择性。选择合适的接地电阻值，可以确保中性点由高阻抗接地系统的继电器的灵敏度、可靠性23。3.2.2不同接地方式对系统性能的影响如下表3.1各种接地方式对系统性能的影响：表3.1各种接地方式对比表Table 3.1 Comparison tables for various grounding methods序号比较项目直接接地低电阻高电阻不接地1接地电流较大中间状态较小1%I（三相短路电流）2暂时性接地故障后果跳断路器中间状态不立即跳断路器产生电弧3连续供电不能保证中间状态较好较好4接地故障的继

56、电保护简单可靠中间状态困难、不可靠困难、不可靠5电弧接地过电压可不考虑可通过改变阻值调节可通过改变阻值调节可能很高6电弧接地故障延续时间短中间状态较长长7设备绝缘等级低较低较高高8系统运行要求简单由于继电保护的困难，有时比较复杂9断路器的工作条件动作次数多较少动作次数少动作次数少10故障点附近的生命危险危险大、几率小较大较小小11中性点设备及接地费用较低中性点电阻价格高无在系统中，从有效的保证对设备不间断的输送电力一方面来看，中性点不接地运行方式可以做到；另一方面从人身安全和设备的保护角度来看，尤其是在船舶高压电力系统中，中性点必须接地。对各种接地方式进行比较后，中性点高阻抗接地方式在供电的连

57、续性和保证生命安全方面有更大的优势，针对这些技术难题的解决更符合实际情况，所以船舶高压电力系统采取中性点经高阻接地系统是最好的选择。3.2.3 接地电阻值的选择如何选择中性点电阻的阻值，从不同的方面考虑，得到的结果也不同，原则能够概括为三种：（1）控制其对通信的滋扰程度；（2）控制因为间歇性电弧所引起的过电压影响；（3）控制单相故障接地电流最大值不超过短路电流。阻值是由间歇性的电弧接地所引起的过电压极限中选出。电弧接地，电力系统积累了许多过剩的电荷，在电弧出现、消失的过程中，出现了特别大的过电压。如果电弧从中性点电阻Rn释放一段时间（工频周期的一半），则可以降低过电压，从熄灭到重新点火。电阻的阻值越低，过电压的数值越低。当Rn1013C时，接地电弧引起的瞬态过程与