电力系统中性点接地方式

电力系统的中性点指星型联结的变压器或发电机的中性点。这些中性点接地方式是一个很重要的综合性问题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护、通信干扰、系统稳定诸多方面的综合技术问题，这个问题在不同的国家和地区，不同的发展水平可以有不同的选择。
　　中性点运行方式主要分两类：直接接地和不接地。直接接地系统供电可靠性低。因这种系统中一相接地时，出现了出中性点外的另一接地点，构成了短路回路，接地相电流很大，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，不接地系统供电可靠性高，但对绝缘水平要求也高。因这种系统中一相接地时，不构成短路回路，接地相电流不大，不必切除接地相，但这时非接地相的对地电压却升高为相电压倍。在电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占相当大的比重，降低绝缘水平带来的经济效益很显著，一般就采用中性点直接接地方式，而以其他措施提高供电可靠性。反之，在电压等级较低的系统中，一般就采用中性点不接地方式以提高供电可靠性。在我国，110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV以下的系统中性点不接地。
　　属于中性点不接地方式的还有中性点经消弧线圈接地。所谓消弧线圈，就是电抗线圈。比较图1和图2来可理解消弧线圈的功能。由图1可见，由于导线对地有电容，中性点不接地系统中一相接地时，接地点接地相电流属容性电流。而且随网络的延伸，这电流也愈益增大，以至完全有可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压，甚至发展成严重的系统性事故。为避免发生上述情况，可在网络中某个中性点处装设消弧线圈，如图2所示。由图可见，由于装设了消弧线圈，构成了另一回路，接地点接地相电流中增加了一个感性电流分量，它和装设消弧线圈前的容性电流分量相消，减小了接地点的电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可能性。一般认为，对3～60千伏网络，容性电流超过下列数值是，中性点应装设消弧线圈：3～6kV网络，30A；10kV伏网络，20A；35～60kV网络，10A。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　 图1 中性点不接地时的一相接地
　　（a）电流分布；（b）电势、电流相量关系
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　图2 中性点经消弧线圈接地时的一相接地
　　（a）电流分布；（b）电势、电流相量关系
　　城乡配电网主要指10kV、35kV、66kV三个电压等级的电网，在电力系统中量大面广，占有重要的地位。在过去，由于配电网比较小，主要采用不接地或经消弧线圈接地，一般来说运行情况是良好的，在80年代中后期，有些配电网的中性点采用了经低电阻接地或高电阻接地方式，近年来各种不同形式的自动跟踪补偿的消弧线圈开始在配电系统中运行。
　　各种中性点接地方式和装置都有一定的适用范围和使用条件，为此，采用不同的中性点接地方式是很正常的。我国城乡电网正在加快建设与改造的速度，中性点接点方式对于电网的发展是重要的技术问题，引起了多方面的关注和重视。
　　1)中性点不接地系统
　　如果三相电源电压是对称的，则电源中性点的电位为零，但是由于架空线排列不对称而换位又不完全等原因，使各相对地导纳不相等，则中性点将会产生位移电压。一般情况位移电压不超过电源电压的5%，对运行的影响不大。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，非故障的二相对地电压将升高，由于线电压仍保持不变，对用户继续工作影响不大。
　　单相接地时，当接地电流大于10A而小于30A时，有可能产生不稳定的间歇性电弧，随着间歇性电弧的产生将引起幅值较高的弧光接地过电压，其最大值不会超过3.5倍相电压，对于正常设备有较大的绝缘裕度，应能承受这种过电压，对绝缘较差的设备、线路上的绝缘弱点和绝缘强度很低的旋转电机有一定威胁，在一定程度上对安全运行有影响。由于中性点不接地配电网的单相接地电流很小，对邻近通信线路、信号系统的干扰小，这是这种接地方式的一个优点。
　　2)中性点经电阻接地
　　有些配电网发展很快，城市中心区大量敷设电缆，单相接地电容电流增长较快，虽然装了消弧线圈，由于电容电流较大，且运行方式经常变化，消弧线圈调整困难，还由于使用了一部分绝缘水平低的电缆，为了降低过电压水平，减少相间故障可能性，因此采用了中性点经低电阻接地的方式。采用中性点经低电阻接地，当Rn≤10Ω，在大多数情况下可使单相接地工频电压升高降低到1.4p.u左右。从限制弧光接地过电压考虑，当电弧点燃到熄灭过程中，系统所积累的多余电荷在熄灭后半个工频周波内能够通过Rn泄漏掉，过电压幅值就可明显下降。根据这个要求可以得到中性点的低电阻值应满足的条件为：
Rn≤1/3ωC₀
　　当Rn=10Ω时，弧光接地过电压则可降至1.9p.u.以下。
　　3)中性点谐振接地
　　消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当发生单相接地时，可形成与接地电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流，从而使接地处的电流变得很小或接近于零，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度从而减小电弧重燃的可能性。完全补偿状态时，中性点位移电压U0将很高，因此一般都采取过补偿方式以减小中性点位移过电压。失谐度大可降低中性点位移电压，但失谐度过大，将使线路接地电流太大，电弧不易熄灭，因此合理地选择失谐度才能使消弧线圈正常运行。失谐度一般选在10%左右，长时间中性点位移电压不应超过额定相电压的15%。
　　消弧线圈的存在，使电弧重燃的次数大为减少，从而使高幅值的过电压出现的概率减小，一般认为66kV及以下系统发生间歇性电弧接地故障时，消弧红圈接地方式下的最大过电压为3.2Uxg,略低于中性点不接地系统。
　　中性点经消弧线圈接地的配电网接地电流小，对附近通信线路的干扰小是这种方式的一个优点。自动跟踪补偿消弧线圈装置可以自动适时的监测跟踪电网运行方式的变化，快速地调节消弧线圈的电感值，以跟踪补偿变化的电容电流，使失谐度始终处于规定的范围内。大多数自动跟踪消弧装置在可调的电感线圈下串有阻尼电阻，它可以限制在调节电感量的过程中可能出现的中性点电压升高，以满足规程要求不超过相电压的15%。当电网发生永久性单相接地故障时，阻尼电阻可由控制器将其短路，以防止损坏。其原理接线如图所示。
　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　图3 自动跟踪补偿消弧线圈