電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式研究

曹海斌

摘 要：中性點(diǎn)接地方式涉及電網(wǎng)的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)直接影響系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平的選擇、過(guò)電壓水平及繼電保護(hù)方式等。合理選擇電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式，可以提高電力系統(tǒng)供電安全性和可靠性，減少停電時(shí)間和跳閘次數(shù)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；中性點(diǎn)；接地

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）17-0090-02

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指三相系統(tǒng)中星形連接的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式是指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)和大地之間的連接方式。經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)累積，目前我國(guó)電力系統(tǒng)采用的中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式主要有四種：中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式和中性點(diǎn)直接接地方式。

1 中性點(diǎn)不接地方式

由于中性點(diǎn)不接地，因此故障點(diǎn)不產(chǎn)生大的短路電流。且非故障相導(dǎo)線對(duì)地存在電容，故對(duì)地電容電流可從大地經(jīng)故障點(diǎn)通過(guò)故障相導(dǎo)線流回電源。正常運(yùn)行時(shí)，如變壓器輸出三相電壓對(duì)稱、三相對(duì)地電容相等、三相負(fù)荷平衡，則三相電壓、電流均對(duì)稱。此時(shí)，變壓器的中性點(diǎn)、負(fù)荷的中性點(diǎn)和大地三者電位相等，即等電位。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，任一相絕緣受到破壞而接地時(shí)，各相之間的線電壓不變，可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間；而各相的對(duì)地電壓及對(duì)地電容電流均發(fā)生變化，中性點(diǎn)的電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離大地電位。此時(shí)，其他兩相全相的對(duì)地電壓升高倍，無(wú)疑使這兩相發(fā)生絕緣事故的概率增大。如果它們中的某一相因此發(fā)生對(duì)地絕緣擊穿，則就構(gòu)成兩相接地短路事故。因此，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間至多不超過(guò)2 h。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，為了防止接地故障時(shí)電容電流過(guò)大引起間隙性電弧造成過(guò)電壓，可通過(guò)縮小電網(wǎng)中有電氣連接的線路長(zhǎng)度來(lái)減少電容電流；也可采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來(lái)補(bǔ)償電容電流。

所謂消弧線圈，其實(shí)就是在變壓器中性點(diǎn)與大地之間接入一個(gè)電抗線圈，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，除了在接地點(diǎn)流過(guò)對(duì)地電容電流外，還流過(guò)消弧線圈的電感電流，電容電流和電感電流方向相反，從而使接地故障點(diǎn)處的電流減小，電弧自行熄滅，防止發(fā)生間隙性弧光過(guò)電壓。此時(shí)，發(fā)生單相完全接地時(shí)接地相的對(duì)地電壓為零，其他兩相的對(duì)地電壓升高到原值的倍。因此，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)一樣，各相對(duì)地絕緣必須按線電壓考慮。

3 中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式

在我國(guó)的配電網(wǎng)中，采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，并已累積了不少成功的經(jīng)驗(yàn)。但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，某些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地方配電網(wǎng)已改變了過(guò)去以架空線路為主的局面，而是以電纜線路為主，同時(shí)，一些新型設(shè)備，如緊湊型封閉式開關(guān)柜、氧化鋅避雷器等得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，原來(lái)使用的非有效接地方式有些不相適應(yīng)，主要表現(xiàn)為：

①采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式，在切合電纜線路時(shí)，電容電流變化較大，需要及時(shí)調(diào)整消弧線圈的調(diào)諧度，操作麻煩，并要求有熟練的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)。另外，隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，電纜增多，電容電流很大，消弧線圈的補(bǔ)償容量也需增大，使得投資增大。

②電纜線路造成單相接地故障的概率較架空線路小得多，電纜單相接地，其絕緣一般不會(huì)自行恢復(fù)，因此，不宜帶接地故障繼續(xù)運(yùn)行，以免擴(kuò)大事故。中性點(diǎn)采用非有效接地，難以實(shí)現(xiàn)快速檢出接地故障點(diǎn)。

③采用非有效接地方式的配電網(wǎng)，其工頻過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓、各種諧振過(guò)電壓的幅值較高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備絕緣和無(wú)間隙氧化鋅避雷器的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

基于以上情況，我國(guó)個(gè)別配電網(wǎng)中性點(diǎn)已采用經(jīng)低電阻接地的運(yùn)行方式。這種方式可降低單相接地時(shí)的暫態(tài)過(guò)電壓、消除弧光接地過(guò)電壓和一些諧振過(guò)電壓，并能采用簡(jiǎn)單的繼電保護(hù)裝置迅速選擇故障線路，切除故障點(diǎn)。但是伴隨而來(lái)的問(wèn)題是，線路跳閘較頻繁，斷路器維護(hù)工作量增加等現(xiàn)象較為明顯。

4 中性點(diǎn)直接接地方式

為防止單相接地產(chǎn)生間隙電弧過(guò)電壓，可采用中性點(diǎn)直接接地。此時(shí)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障相直接經(jīng)過(guò)大地形成單相短路，繼電保護(hù)立即動(dòng)作，開關(guān)跳閘，因此不會(huì)產(chǎn)生間隙性電弧。另外，由于中性點(diǎn)直接接地后，中性點(diǎn)電位為接地體所固定，不會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)位移。因此，發(fā)生單相接地時(shí)，其他兩相也不會(huì)出現(xiàn)對(duì)地電壓升高的情況。電力網(wǎng)中各設(shè)備的對(duì)地電壓可以按照相電壓考慮，從而降低電網(wǎng)造價(jià)。

5 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)存在的問(wèn)題

在當(dāng)下的電力系統(tǒng)正常運(yùn)作中，中性點(diǎn)不接地一直是普遍存在的問(wèn)題。因?yàn)橛捎谑艿江h(huán)境電壓運(yùn)行等諸多因素的原因，從而導(dǎo)致在絕緣水平因素達(dá)不到的情況下，及其容易出現(xiàn)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作受到影響。分析當(dāng)下中性點(diǎn)不接地的原因，主要有以下幾種：

①由于受到電力系統(tǒng)內(nèi)部電壓的影響，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)不接地，是其中存在的主要原因。因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的處于內(nèi)部電壓較高的情況，電纜會(huì)產(chǎn)生較高的負(fù)荷。但是由于電纜和內(nèi)部的絕緣體不能夠有效的進(jìn)行相應(yīng)的負(fù)荷，加上我國(guó)的同等電壓設(shè)備不能夠承受相應(yīng)的負(fù)荷，從而導(dǎo)致在實(shí)際中會(huì)使得設(shè)備同電壓之間存在一定的等級(jí)差別，最終會(huì)在實(shí)踐當(dāng)中出現(xiàn)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行故障。而且，當(dāng)下我國(guó)的電力系統(tǒng)內(nèi)部的電壓設(shè)備裝置并不是統(tǒng)一的，有些地區(qū)采用國(guó)外的進(jìn)口設(shè)備，絕緣能力會(huì)同國(guó)內(nèi)存在一定的不同，工作當(dāng)中電壓相同，設(shè)備的差異會(huì)導(dǎo)致設(shè)備被擊穿之后，不能夠進(jìn)行接地故障的修復(fù)，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

②在接地中，避雷設(shè)備在工作過(guò)程中因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定加上工作時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是在單相接地的過(guò)程中因?yàn)樨?fù)荷不穩(wěn)定，極其容易發(fā)生損毀和爆炸的事故。因?yàn)殡妷哼\(yùn)行本身就存在著不穩(wěn)定性，單相接地更是會(huì)加重避雷設(shè)備的負(fù)擔(dān)。這種問(wèn)題存在具有一定的普遍性，而且事故發(fā)生之后隱患較大，從經(jīng)濟(jì)層面上講，造成電力系統(tǒng)的損失是不可衡量的。

6 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)存在的不足

在電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)問(wèn)題出現(xiàn)的較多。因此，要正確認(rèn)識(shí)中性點(diǎn)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，就需要從全面把握中性點(diǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)認(rèn)真剖析其中存在的不足，來(lái)有效的認(rèn)識(shí)問(wèn)題。其中，接地系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，也是發(fā)生問(wèn)題較多的疑難癥結(jié)點(diǎn)所在，具體表現(xiàn)為：

①消弧圈的位置一直是保證接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)之間能夠運(yùn)作的一個(gè)樞紐。在系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)下，消弧圈可以在電壓震動(dòng)過(guò)程的那個(gè)中，產(chǎn)生安全維護(hù)的效果。但是如果消弧圈的位置出現(xiàn)偏差，它的相應(yīng)功能就會(huì)得到削弱，這樣，電力系統(tǒng)同電壓之間便會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障。因?yàn)楫a(chǎn)生的臨時(shí)電壓不穩(wěn)定，便會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備不能夠在運(yùn)作中發(fā)揮正常水平，從而影響絕緣性能，導(dǎo)致更嚴(yán)重的問(wèn)題出現(xiàn)。

②在監(jiān)測(cè)接地裝置過(guò)程的那個(gè)中，由于不能夠明確的探測(cè)問(wèn)題和接地故障線路的癥結(jié)點(diǎn)，是導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的關(guān)鍵。因?yàn)楫?dāng)下的接地裝置缺乏高度領(lǐng)命的設(shè)備來(lái)及時(shí)接收危機(jī)信號(hào)，從而導(dǎo)致在實(shí)際當(dāng)中不能夠發(fā)揮自身的作用，使得電力系統(tǒng)不能夠得到相應(yīng)的穩(wěn)定發(fā)展。

7 企業(yè)配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的可行性

在當(dāng)下的企業(yè)配電網(wǎng)優(yōu)化改進(jìn)中，中性點(diǎn)的優(yōu)化也在伴隨著研究的深入而不斷的優(yōu)化升級(jí)。因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程當(dāng)中，解決單相接地是從根本上優(yōu)化接地電壓的關(guān)鍵。

在電阻電流的研究過(guò)程中，我們結(jié)合實(shí)際情況，不難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源，因此，通過(guò)深入研究，強(qiáng)化繼電保護(hù)功能，在正確認(rèn)識(shí)弧光接地的利害之后，更進(jìn)一步的優(yōu)化研究，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力系統(tǒng)正常運(yùn)作的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王雷.淺析中性點(diǎn)接地方式及其在保護(hù)中的差別[J].研究與探討，2012.（7）.

[2] 常湧.城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式探討[J].應(yīng)用技術(shù)，2012，（3）.

[3] 楊麗宏.論電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式[J].信息通信，2012，（119）.

[4] 劉術(shù)新，王文君.淺談電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式[J].中國(guó)科技信息，2011，（14）.