3～66kV电力系统中性点接地方式分析

马德全

（南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏 南京 210036）

随着城市电网的迅速发展，用电负荷的不断增加，中压使用电缆配电区域越来越多，导致接地电容电流大大增加，促使这些地区开始使用经中、低值电阻接地的方式。在水泥及冶金行业，随着经济的快速发展，水泥厂和钢厂规模越来越大，原有的单一采用非有效接地方式已不能满足发展的需要，一些企业已采用经电阻的接地方式。如江苏联合水泥有限公司110/6kV总降压站主变压器6kV中性点采用的是经中电阻接地，有效减少了单相接地产生的弧光间隙过电压，消除了对人身和设备的危害，故我公司设计的江苏联合水泥有限公司5 500t/d熟料水泥生产线余热发电工程电气系统发生单相接地时，零序保护必须动作于跳闸。电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地时有明显的影响，而且影响系统二次侧继电保护及监测仪表的选择与运行。

电力系统运行方式的现状：我国3～66kV系统特别是3～10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式。如果其单相接地电流大于一定数值时（3～10kV系统中接地电流大于30A，20kV及以上系统中接地电流大于10A时），则采用中性点经消弧线圈接地等运行方式。我国110kV及以上系统、低压系统一般采用中性点直接接地运行方式。

1 不同中性点接地方式的比较

3～66kV电力系统中性点采用何种接地方式各有优缺点，只有进行合理的比较、选择，才能做到安全、可靠及经济面的最大化。下面对电力系统中性点主要接地方式的采用进行比较。

1.1 中性点不接地系统

系统正常时，各相的对地电压等于各相的相电压。发生单相接地故障时，接地相对地电压降为零，非接地两相的对地电压升高到原对地电压的1.732倍，即等于线电压，线电压没有改变。各相间的电压大小和相位仍然不变，三相系统的平衡没有遭到破坏。这种系统中相对地的绝缘水平都是按线电压来设计，因此可继续运行一段时间，这是这种系统的最大优点，但不许长期接地运行，尤其是发电机直接供电的电力系统。因为长期带着接地故障点运行可能引起非故障相绝缘薄弱处损坏，造成两相接地短路。所以在这种系统中，一般应装设绝缘监视或接地保护装置，当发生单相接地时能发出信号，使值班人员迅速采取措施，尽快消除故障。发生一相接地故障后，允许继续运行的时间不得超过2h。发生单相接地时，流过故障点的电容电流大小为原来相对地电容电流的3倍，接地电流将在故障点形成电弧，电弧可能是稳定的或间歇性的。有稳定电弧的单相接地是危险的，因为电弧可能烧坏绝缘或烧坏设备，引起两相甚至三相短路。尤其是在电机内部，一相导体的绝缘损坏，导体与接地的铁芯或外壳之间产生电弧，则电弧烧损铁芯或外壳就不易修复。故在这种系统中，若接地电流大于5A时，发电机、变压器和电动机都应装设动作于跳闸的接地保护。

1.2 中性点经消弧线圈接地系统

中性点经消弧线圈接地系统又称为谐振接地系统。消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈，线圈的电阻很小，电抗很大。该接地系统有如下优点：（1）发生单相接地故障时，消弧线圈产生的感性电流补偿电网产生的容性电流，可以使故障点电流接近于零，一般允许带故障运行2h，增强了供电可靠性。（2）故障电流小，大大降低了故障建弧的概率，可以有效阻止瞬时性接地向永久性接地故障的演变。（3）故障电流小，对附近通讯线路干扰小。该接地方式也存在一些问题，当系统运行方式改变时会因补偿不当引起谐振过电压；线路发生永久性接地故障时，不利于快速隔离接地线路，造成故障时间较长，可能使事故扩大。

1.3 中性点经电阻接地系统

（1）中性点经高值电阻接地系统。

中性点经高值电阻器接地系统是限制接地故障电流水平为10A以下，高电阻接地系统设计应符合系统每相零序电阻R0≤每相对地容抗Xc0准则，电阻一般大于500Ω，以限制由于间歇性电弧接地故障时产生的瞬态过电压。主要优点：①可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，在2.5P·U及以下。②接地电流水平为10A以下，减小了地位升高。③电网在接地时可以继续运行2h，方便查找处理故障，也可以迅速切除故障。

高电阻接地一般用于单相接地故障要求瞬时切机的125MW及以上的发电机回路中。高阻接地的目的主要是发电机定子绕组在单相接地故障时，避免产生间歇性弧光接地过电压，同时还要尽量降低接地故障电流对铁芯的灼伤程度。常用的做法是在发电机的中性点连接1台单相接地变压器，电阻接在变压器的二次侧。电阻值乘以变比的平方归算到一次侧呈高阻值，这样电阻可以取较小值而容易制作。回路中装设隔离开关用于试验和检修，装设电流互感器用于监视不平衡电流。

（2）中性点经低值电阻接地系统。

该方式的特点是获得一个大的阻性电流叠加在故障点，其优点：①过电压水平低，谐振过电压不会产生，可采用绝缘水平低的电缆和设备。②由于故障电流大，继电保护的有选择性动作和灵敏度得到了保证。③快速切除故障，人生安全事故降低，事故范围降至最小。

低电阻接地的接地故障电流一般达600～1 000A，电阻值一般为小于10Ω，零序电流只有通过三相电流互感器二次侧按零序滤过器方式获取，由于高压电机起动电流含有直流分量，三相电流互感器不同程度饱和，会使零序误动作，当电流互感器变比较大，而零序电流较小时，动作电流定值配合也比较困难。由于故障电流太大，电阻的发热量很大，电阻需要合金材料制造才能满足要求，造价高，体积大。

（3）中性点经中值电阻接地系统。

中电阻在拥有低电阻接地方式的优点之外，还克服了低电阻的不足。中电阻接地的接地故障电流一般在30～300A之间，可以采用零序电流互感器获取零序电流，避免了由电流互感器所带来的不足。而发热量也不大，可以用铸铁电阻，成本低。在30～300A这个范围内，选择一个适当的电流值，综合继电保护装置容易选择，保护定值的灵敏度也很容易达到。因一般供配电系统均有两级配电，即主配电级和分配电级，继电保护定值就要分三级选择性动作，即主配电级主进线、主配电级馈电、分配电馈电三级保护定值要满足选择性动作。为达到选择性动作和各级灵敏度要求，方便定值整定，建议接地故障电流选择100A以上。

在发电厂中，发电机电压的电阻器可装在发电机中性点上。厂用电系统的电阻器可装在厂用变压器中性点上。在城网、农网和工矿企业、公共设施的变电所中，电阻器一般装在变压器的中性点上。如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。在选择电阻器的连接位置时，应当避免由于运行方式的改变或者故障跳闸，而使电网处于不接地的状态。

对于以电缆线路为主又有备用电源供电的中压电网，而且其自动装置水平较高，中性点经中值电阻接地是一种较为理想的方式。因为以电缆线路为主的电网发生单相接地时，流过故障点的电容电流很大，容易发展为相间故障，且多为永久性接地故障，需要及时跳闸，切除故障线路。而有备用电源的中压电网可保证供电的连续性，最大限度地减少停电范围。

2 结 语

在工程设计时，对于3～66kV电力系统中性点接地方式的选择应结合具体条件，通过技术经济比较确定，一般认为：

（1）对于架空线多的小电网，且网络电流小于10A，可选用中性点不接地系统。

（2）对于架空线路多的大电网，由于网络电容电流大，可选用中性点经消弧线圈接地系统。

（3）对于新建的厂矿电网或者城市电网，由于配电网采用电缆配电较多，雷击事故很少，且网络结构较好，备用电源线路完善或为环网供电，建议选用中性点经中值电阻接地系统。

[1]李润先.《中压电网系统接地实用技术》[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]平绍勋，周玉芳.电力系统中性点接地方式及运行分析[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]李颖峰.配电网中性点接地方式探讨[J].电力系统保护与控制，2010，36（19）：58-60.