電網(wǎng)中性點接地方式的探討

常雯雪

（廣東電網(wǎng)公司 珠海供電局，廣東 珠海 519000）

1 引言

在電力體系結(jié)構(gòu)中，中性點的接地模式主要有：以電氣裝備的中性點與地的連接模式進行明確， 電氣儀器裝備的中性點是發(fā)電系統(tǒng)中的主要裝備。 現(xiàn)階段國家統(tǒng)一使用的接地方式有以下幾種： 第一種是中性點接地模式， 第二種是中性點消弧線圈， 第三種是中性點經(jīng)電阻接地， 第四種是中性點直接接地模式。

現(xiàn)階段，我國不同級別的電力體系中，中性點運行方式如下：（1）電壓超過110kV 的電網(wǎng)系統(tǒng)中，需要重點考慮的是過電壓的降低以及絕緣性能的提高， 將其中一小部分中性點的弧線降到最低，都要通過中性點的直接接地模式與手段來進行。 （2）電壓在3-10kV 范圍內(nèi)的電網(wǎng)系統(tǒng)中，必須要考慮到供電穩(wěn)定性與容易出現(xiàn)隱患的地方， 通常情況下必須要使用不接地的運行模式。在所連接的電流少于30A 的情況下，通過弧線圈來連接地線。（3）lkV 以下電網(wǎng)，必須做好絕緣工作，縮小故障范圍，通過不同方式來選擇接地模式，根據(jù)現(xiàn)場實際確定。 （4）220V、380V 的三相四線制電網(wǎng)，從安全用電角度考慮，中性點直接接地。

2 四種中性點接地方式的介紹

2.1 中性點直接接地手段

中性點接地體系，其實就是中性點直接連地與小電阻連電的模式，同時又稱為大電流聯(lián)電。

圖1 中性點直接接地方式示意圖

將中性點直接和地連接的優(yōu)點：（1）當(dāng)中性點直接接地體系出現(xiàn)單相接地的情況時， 非故障相的相電壓不會出現(xiàn)任何變動。這時用電線中流動的電流是短路電流，使線路保護裝置迅速動作，通過跳閘或者斷路來防止事故發(fā)生變化，對系統(tǒng)其它部件的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生重大影響。（2）在中性點接地系統(tǒng)發(fā)生變化的時候，因為連地的電流量過于龐大，繼電保護一般都能迅速而準(zhǔn)確地將出現(xiàn)問題的線路斷開，雖然保護裝置簡陋但是穩(wěn)定性良好。

中性點直接接地模式的不足之處：（1）發(fā)電的穩(wěn)定性弱，沒有小接地電流體系大。 另外，其接地點處還存在很大的跨步電壓與其它電壓，很容易出現(xiàn)各種事故問題。 （2）中性點直接接地體系，在出現(xiàn)單相接地的時候產(chǎn)生的電流也會很大，干擾通訊系統(tǒng)的正常運行， 尤其是在電力線路與通訊線路互相平衡的情況下更為嚴(yán)重，因為偶合感而出現(xiàn)的問題，影響通訊效應(yīng)。

2.2 中性點不接地方式

中性點不接地形式，也就是中性點對地絕緣，適用于農(nóng)村10kV 架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。 在使用的過程中，如果出現(xiàn)單相接地問題，流過故障點的電流的值很小，所以又可以將其稱作是小電流接地體系。

圖2 中性點不接地方式的構(gòu)造圖

中性點不接地模式的優(yōu)勢：（1）構(gòu)造簡易，無需添加任何裝備儀器，可以在很大程度上降低投資成本。 （2）單相接地不形成短路回路，所以單相接地電流小。

中性點不接地模式的不利因素：（1）由于中性點具有一定的絕緣性能，電網(wǎng)對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。 當(dāng)出現(xiàn)弧光接地的情況時，電弧會發(fā)生反復(fù)熄滅與重燃，向電容反復(fù)充電。 由于對地電容中的能量不能釋放， 使得電壓的數(shù)值不斷攀高，從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓，上升的幅度十分巨大，最終會影響設(shè)備的性能。 （2）如果接地運行的耗時過多，很容易造成短路問題。 同時這一問題也會使整個電網(wǎng)體系出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。 如果電壓過大，而且長時間如此，則在這一變化過程中，還有可能會出現(xiàn)兩點接地故障危險，導(dǎo)致問題惡化。

2.3 中性點經(jīng)電阻接地模式

中性點經(jīng)電阻接地模式，即在中性點與大地之間接入一定電阻值的電阻。 由于這一接地模式中的電阻值的大小不確定，所以完全可以將中性點按照電阻模式劃分成為下面幾種形式：高電阻、低電阻、中等電阻。

圖3 中性點經(jīng)電阻接地方式示意圖

中性點經(jīng)電阻接地模式的優(yōu)勢：在體系對地電容形成并聯(lián)回路的情況下，中性點電阻就是一個能量消耗元件， 同時又是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件。 在減少諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓方面它能夠發(fā)揮出很大的作用， 所以值得推廣。 也可將其他類型的過電壓限制到較低的水平，使發(fā)生異地兩相接地的可能性減小。

中性點經(jīng)電阻接地方式的缺點：（1）在通過低電阻完成接地工作時，出現(xiàn)問題的電流的電量會大幅度增加，導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)。經(jīng)高阻接地電流量必須要控制在一定的范圍內(nèi)，通常情況下最好不要超過4～5 倍，因此高阻接地受到很大的約束。 （2）當(dāng)接地斷路器處于跳開狀態(tài)時，供電可靠性會降低，尤其是架空線網(wǎng)絡(luò)，頻繁的分、合閘讓斷路設(shè)備和其他一些儀器設(shè)備處于受限狀態(tài)。

2.4 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

中性點不接地電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地情況時，將接地點必須要經(jīng)過的整個體系的對地電容電流，如果力量過大，就會導(dǎo)致接地弧光過電壓過大，導(dǎo)致整體范圍內(nèi)的電壓值升高，引起絕緣體的破損，導(dǎo)致各個接地線路斷裂，引起停電問題。 為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以在中性點中加入一個電感線圈，在完成接地時就會有電流從中通過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流會相互融合，有效減少電流引起的故障問題， 將這種模式稱作消弧線圈的接地模式。

圖4 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式示意圖

中性點經(jīng)消弧線圈接地模式的優(yōu)勢：將這種接地模式應(yīng)用到電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)單相接地問題，那么經(jīng)過消弧線圈的電流就是電感性電流，這種電流是對電容電流的一種補償。 這種接地電流補償性作用很強大，能夠保障發(fā)電工作的正常進行，對電弧的重燃有很好的控制性能， 可減少高幅值電弧接地過電壓出現(xiàn)的可能性。

該種接地模式的劣勢：（1）在這種接地模式下很難找到引發(fā)事故的線路故障。 （2）消弧線圈本身是感性元件，和對地電容構(gòu)成諧振回路，在具體的環(huán)境中很容易產(chǎn)生電壓過大的問題；中性點經(jīng)消弧線圈接地對弧光接地電壓的水平會產(chǎn)生很大的影響，會導(dǎo)致弧光接地電壓壓力的上升。

3 四種接地方式的綜合比較

電力系統(tǒng)中性點接地方式的選擇原則為：電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合；滿足繼電保護要求；保證供電可靠性；減少對信息系統(tǒng)的干擾。 下面對這四種接地方式進行綜合比較。

3.1 電力設(shè)備和線路的絕緣水平

和不直接接地時電壓的數(shù)值相比，中性點直接接地電力網(wǎng)的絕緣水平要明顯少20%左右的量， 根據(jù)額定電壓數(shù)值大小的不同，接地設(shè)備的絕緣程度在經(jīng)濟效益上也有明顯的降低。當(dāng)電力系統(tǒng)中的電壓超過110kV 時， 變壓器等電氣設(shè)備的造價大約與絕緣水平成比例增加，當(dāng)電力系統(tǒng)中電壓的大小超過3～10kV時，絕緣水平較其它情況下也要大很多。

3.2 繼電保護動作可靠性

中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的體系中，單相接地只有少量的電流通過， 對此采取一定的保護措施可能具有很大的難度；中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，接地電流較大，對其進行保護簡單易行，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

3.3 供電的可靠性

在電力系統(tǒng)中單相接地體系具有很大的可選擇性。 中性點直接接地系統(tǒng)單相接地電流很大，而且加強的速度比較快，對供電的穩(wěn)定性有著很大的影響。 當(dāng)出現(xiàn)一些小規(guī)模的問題時可以及時進行彌補與調(diào)整，不過在短時間內(nèi)很容易造成巨大的沖擊，造成各種儀器裝備的損耗。 另外，因為容易出現(xiàn)跳閘等問題，所以需要多次對其進行維修檢查。 中性點不接地、中性點經(jīng)電阻接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地等小接地電流系統(tǒng)都可以防止出現(xiàn)這種問題，出現(xiàn)問題的時候還可以持續(xù)運行1～2h，可在這段時間段內(nèi)將所有的問題全部排除。

4 500kV 國安站的中性點接地方式介紹

隨著電網(wǎng)體系的不斷擴展， 終端電網(wǎng)體系的不斷增大，國內(nèi)500kV 電網(wǎng)在2010年前后都會變成密集型的雙/多環(huán)網(wǎng)，會出現(xiàn)以下問題：（1）體系的不斷增大，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)牢固性的增加，緊密性程度的加重，都會導(dǎo)致短路電流量的增加。 （2）規(guī)模巨大的發(fā)電廠多臺升壓變壓器中性點直接死接地， 使本站或附近變電站的零序電抗急劇下降，導(dǎo)致單相短路電流增大，會大于或接近于三相短路電流。

就國安站而言， 也出現(xiàn)了以上問題。 國安站及近區(qū)主要500kV 變電站中500kV 及220kV 母線短路電流如表1 所示。

表1 2011年國安站及近區(qū)各500kV 站短路電流 單位：kA

國安站、桂山站正常方式下均是兩臺主變合母運行，其中國安220kV 母線三相短路電流為44.1kA， 單相短路電流達到51.7kA，超過50kA，并高于三相短路電流7.6kA。 桂山站三相短路電流為42.4kA，單相短路電流為51.0kA，超過50kA，同時高于三相短路電流8.6kA，均需采取措施，降低單相短路電流。

“十二五”期間，國安站近區(qū)新增500kV 加林站、上稔站以及臺山核電站。加林站投產(chǎn)后，珠海電網(wǎng)通過4 回500kV 線路與主網(wǎng)相連，與中山電網(wǎng)之間具備220kV 電網(wǎng)解環(huán)運行的條件。珠海電網(wǎng)與中山電網(wǎng)斷開220kV 聯(lián)絡(luò)， 珠海地區(qū)考慮將國安站和加林站合成一個供電區(qū)，通過珠海～國安雙回線路聯(lián)絡(luò)運行。 該運行情況下，國安站220kV 三相短路電流為46.1kA，單相短路電流為52.4kA，大于三相短路電流，且超過國安站220kV 側(cè)斷路器的開關(guān)容量，需采取措施降低國安站的單相短路電流水平，提高珠海電網(wǎng)供電的靈活性及可靠性。

綜上所述， 為限制2011年、2015年國安站單相短路電流，提高國安站及珠海電網(wǎng)近區(qū)供電可靠性， 增強國安站短路電流水平對電網(wǎng)發(fā)展的適應(yīng)性， 提高國安站及中珠電網(wǎng)運行方式的靈活性，有必要在國安站主變中性點加裝小電抗，限制220kV 母線的單相短路電流。

由圖可見，接地方式采用的電氣接線為：變壓器中性點接小電抗，在小電抗前并聯(lián)放電間隙、避雷器保護，在小電抗兩端裝設(shè)旁路刀閘。 可以通過旁路刀閘轉(zhuǎn)換到直接接地，從而變壓器可以實現(xiàn)直接接地和小電抗接地之間的切換， 同時可用于小電抗的檢修維護。 遠期電容隔直裝置通過隔離刀閘串聯(lián)在小電抗后，若小電抗故障或需檢修，通過閉合旁路刀閘退出小電抗，不影響電容隔直裝置的運行。

圖5 中性點經(jīng)小電抗接地方式示意圖

表2 2011年國安站主變小電抗容量分析結(jié)果 單位：kA

由表2 可見，對于降低500kV 單相短路電流，中性點經(jīng)小電抗接地效果不明顯。 但是，在500kV 變電站220kV 側(cè)單相短路通過的電流量需要被加以控制的情況下， 采用中性點經(jīng)小電抗接地是可以達到理想效果的最佳措施， 具體數(shù)值的大小可以控制在高、中壓Uk%值的1/10～1/3 的范圍內(nèi)。 所以，通常情況下，中性點絕緣水平大約相當(dāng)于由原來死接地的35kV 級提高到63kV 級，能夠滿足實際發(fā)電所需。 所以，當(dāng)自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后，各種數(shù)值就會發(fā)生變化，其高、中、低壓三個繞組的零序電抗都會對電阻的大小產(chǎn)生很大的阻礙。

5 結(jié)語

中性點接地模式關(guān)系到方方面面的問題，能夠保證供電系統(tǒng)的安全性、可靠性以及設(shè)備狀況的穩(wěn)定性，對于電壓保護，電磁兼容等方面的問題都可以進行很好的處理，對電力系統(tǒng)的設(shè)計與運行有著重大作用。 因此，對中性點接地方式選擇時，應(yīng)根據(jù)實際需要具體分析，盡可能做到既滿足供電系統(tǒng)的要求，又達到節(jié)省投資的目的。

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