电网中性点接地方式

电网中性点接地方式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/气，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，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/气，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＜15000，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15Q，北京、广州等地的变电所则采用9.9Q的小电阻接地方式。46〜35kV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31/2Uc、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。寻找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，寻找故障线路时间长，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，应尽快找出并切除接地线路。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”。电网中性点接地方式探讨及可靠性1、概述中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压电压应用较为普遍，其均为中性点非接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设备设计规范中规定35KV电网如果单相接地电容电流大于10A，3KV—10KV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而《城市电网规划设计导则》（施行）第59条中规定“35KV、10KV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。2、中性点不同的接地方式与供电的可靠性在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，为此对这两种接地方式作以分析，对于中性点不接地系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。2.1）中性点经小电阻接地方式世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是：系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，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。.接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。.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。.当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。2.2中性点经消弧线圈接地方式1916年发明了消弧线圈，并于1917年首台在德国Pleidelshein电厂投运至今，已有84年的历史，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题：当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。2.2.2.因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好效果，现在正处在推广应用阶段。3、单相接地电容电流因中性点不接地方式在中压电网中，仅是一种短期的过渡方式，

最终是要过度到经消弧线圈或小电阻接地方式，而在改造前要对电网

中的电容电流进行计算和测量，以给改造提供技术数据。中压电网单

相接地电容电流有以下几部分构成：系统中所有电气连接的全部线路(电缆线路、架空线路)的电容电流。3.2系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流。3.3因变配电设备造成的电网电容电流的增值。系统中的电容电流可按下式计算：£Ic=(Eic1+£ic2)(1+k%)式中：Eic电网上单相接地电容电流之和£Ic1线路和电缆单相接地电容电流之和Eic2系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和k%配电设备造成的电网电容电流的增值。10KV取16%、35KV取13%。在对电网上单相电容电流计算的基础上，为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量，对系统运行中单相电容电流进行实测是十分必要的，微机在线实时检测装置为实测网上单相电容电流提供了快速准确的手段，其原理是，检测系统的不平衡电压E0，并以一定的采样周期检测线电压UAB，中性点位移电压U0及中性点位移电流10，根据下式计算出单相接地电容电流。E0=U0+Z0xXc式中：Xc为系统对地容抗;因Xc=(E0—U0)/I0

贝ljIc=U相/Xc=U相I0/E0—U0式中Ic为单相接地电容电流单相电容电流的检测也可以采用偏置电容法和中性点外加电容

法，在测试中，可以选用几种不同容量的Cf（所加的偏置电容）测

出几组数据，利用移动平均值获得单相接地电容电流，以减少测试中

的误差。4、微机控制消弧装置人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20s，由过补、欠补、最小残流三种运行方式。装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。结语中压电网的中性点接地方式在国内也有不同的观点，并已成为电网改造中的一个热点问题，根据我国多年的运行经验及科学技术的进步，解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。电站电气设备中性点接地方式的研究1刖言电站在安装电气设备时，其中性点接地方式面临多种选择，有采取直接接地、不接地、或经其它电器设备（消弧线圈、电阻、电抗、变压器……）接地的方式。选择何种方式较合适是电气专业人员十分关心的问题。由于其涉及到设备的过电压和绝缘的安全、继电保护的装设和自动控制上的正确动作、系统的稳定、供电的可靠性、接地故障点对人身安全的危害性、系统的布置、对电讯和无线电的干扰等问题，历来设计院、电科院、业主、用电单位、供货商、制造厂……都有不同看法，是电站工程和电气行业机构制定标准的一个课题。2电气设备中性点接地方式的一般原则从理论上分析，当电气设备中性点采用不接地方式时，由于需考虑设备或系统线路在发生单相接地故障时接地点有较大电容电流流过（可能达到正常工作时单相对地电容电流的3倍），产生强烈的、不能自行熄灭的电弧，损坏设备；而此时，中性点处对地电压升为相电压，非故障相电压升为线电压，因此，设备的中性点处绝缘应按相电压绝缘考虑，设备各相的绝缘应按线电压绝缘考虑，设备制造的复杂性和成本因而增加。若设备的中性点采取直接接地方式，考虑设备或系统线路在发生单相接地故障时，中性点处对地电压仍为零，非故障相电压不会升高，仍为相电压；故设备的中性点处绝缘和各相的绝缘仍按正常时情况考虑，不必升高，设备造价相对低一些。但此时故障点的电容电流很大，甚至可能超过三相短路时电流，造成故障点、设备中性点构成的回路中流过的电流很大，引起事故并扩大；故线路上需加装断路器，在继电保护装置的配合下跳闸，及时将故障相切除，消缺后又自动重合闸。经其它电器设备接地的方式，如：（1） 经消弧线圈接地，属于中性点不接地范畴（小电容电流类型）。消弧线圈的作用是：利用其产生一个电感电流，其与接地点的电容电流的方向正好相反，将电容电流抵消，以消除产生电弧的条件。（2） 经小电阻、小电抗接地，属于中性点直接接地范畴（大电容电流类型）。当线路发生单相接地故障时，因短路故障电流较大，引起电压降低，系统不稳定。设备中性点接地线上加装一个小电阻（如设备位置在系统线路末端，则加装小电抗），可以吃掉一点输入功率，频率下降，发电机的加速度减缓，稳定性增强等等。3发电机中性点接地方式过去，由于发电机容量不很大，中性点接地方式一般采用不接地或经高电阻接地或经消弧线圈接地的方式。为防止发电机定子绕组线路发生单相接地故障时，流过故障点的电容电流过大，产生电弧烧伤铁芯，甚至进一步发展，损坏定子绕组的相间或匝间短路，故必须装设定子接地保护。现在，随着发电机单机容量愈加增大的趋势，采用直接接地类型（通过变压器或小电阻等接地），即将变压器、隔离开关、二次电阻等都装在中性点接地柜中，发电机中性点出线通过中性点接地柜接地。托克托电厂的汽轮发电机单机容量600MW，是大型汽轮发电机组，中性点接地方式采用中性点接地柜接地（发电机中性点出线经过隔离开关、变压器一次侧接地）。变压器和隔离开关的容量和参数需由发电机和线路的对地电容和发生单相接地故障时的对地电容电流来决定。托克托电厂一期工程汽轮发电机中性点接地变压器的计算如下所述。（1） 原边电压Vg即发电机不接地时的中性点对地电压。因在发生单相接地故障时，发电机中性点对地电压为相电压，考虑到浪涌电压的影响，发电机中性点的绝缘按线电压考虑，此处电压也就按线电压考虑（即发电机的额定电压）。对托克托电厂，Vg=22kV。（2） 变压器容量P，按日立公司方法［2］计算式中：Vg为发电机的额定电压（对托克托电厂一期工程汽轮发电机为22kV）；I1为接地变压器的原边电流，A；C为发电机主回路的总电容，以f/相；f为发电机的额定频率，50Hz。（3）变压器二次侧电阻器的电阻按下式计算N为接地变压器的电压比（对托克托电厂，发电机中性点接地变压器的原边电压/副边电压=22000V/220V=100）。（4） 发电机主回路的总电容按下式计算式中：CG为发电机的电容（对托克托电厂为0.24pf/相）；CSA为考虑冲击电流峰值产生的电容（对托克托电厂为0.15pf/相）；CST为变压器的电容（对托克托电厂为0.006叩f/相）；CHT为（对托克托电厂为0.004297pf/相）；CB为（对托克托电厂为0.0064叩f/相）。代入计算，托克托电厂汽轮发电机总电容（考虑10%余量）：（5） 将以上数据代入计算托克托电厂发电机中性点接地变压器参数原边电流（即发电机中性点对地电容电流）：I1=I2/N=560/100=5.6（A）（6） 在发电机主回路的总电容C中，考虑冲击电流峰值产生的电容CSA是个变数；当不考虑它时，所出现的情况应是最低限，即CSA=0时，所算出的C=0.284pf/相，P=74.8kVA，RW0.37Q,I2=350A,I1=3.5A。因此，二次侧电阻器的电阻采用0.370（中间抽头0.230）。故接地变压器的数据最后成为：容量110kVA，电压比22/0.22，副边电压0.22/kV，副边电阻0.370（中间抽头0.230），副边电流560A（0.230时），350A（0.370时），电阻器容量0.46kW。4变压器中性点接地方式变压器的中性点接地方式也可以作多种选择：接地、不接地、经其它电器（如小电抗器等）接地。从装设继电保护的方便和可靠方面来看，采用不接地方式无疑最好，因为变压器中性点采用不接地方式可以装简单可靠的零序电流继电保护装置，而直接接地则不能；但从变压器中性点绝缘水平的要求和变压器制造复杂程度来看，采用直接接地方式又是最好的。经其它电器（如小电抗器）接地，也各有优缺点。对于不接地变压器的中性点和经小电抗器接地变压器的中性点运行期间需考虑可以承受如下几种过电压［1］：（1）雷电过电压：在雷电波侵入高压绕组后，变压器中性点上出现的过电压波头可达45〜70ps以上。（2）单相接地工频过电压。工频传递过电压：在传递过电压较高时会发生变压器低压侧电压互感器电磁谐振。断路器非全相运行过电压。单端电源工频过电压：可能会引起谐振。双电源频差过电压：严重时中性点避雷器将可能爆炸。形成孤立不接地系统，产生弧光过电压：弧光过电压一般产生2.8p.u，将许多设备烧坏。由此，中性点不接地的变压器绕组绝缘系统的要求要比中性点直接接地的变压器绕组绝缘系统高。中性点直接接地的变压器绕组绝缘可以采用分级绝缘，即中性点处的绝缘水平可以低于出线端的绝缘水平；中性点不接地的变压器绕组绝缘则只能采取全绝缘，即绕组所有出线端都必须具有相同的耐受电压。经小电抗器接地变压器的中性点过电压要比不接地变压器的中性点过电压低许多，不会产生危害很大的谐振过电压和弧光过电压，不易产生失步过电压。电科院试验表明，人为让它失步(调节无功功率，拉大功角)，小电抗器上的失步过电压也达不到不接地变压器的中性点最大失步过电压的10%。因此，变压器中性点经小电抗器接地后，既能减小各种中性点过电压，又能装零序继电保护，即相当于变压器中性点部分接地的作用。经上述考虑和前述一般原则上的考虑，托克托电厂主变压器(高压侧)采用中性点直接接地的方式是合理的。主变出线端的绝缘水平为550kV，而中性点绝缘水平按国标要求采用35.5kV(当然，为了增加辅助补偿回路，也可提高中性点绝缘水平为66kV）。托克托电厂主变为单相变压器，单台容量250MVA，额定电压500kV。托克托电厂启动/备用变压器（高压侧）采用中性点不接地的方式（其经高压隔离开关接地，当断开时不接地，合上时直接接地），是容量40/2