劉安

摘 要：中性點(diǎn)接地方式是電力系統(tǒng)發(fā)展中的重要部分，也是電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一。文章從理論上詳細(xì)介紹了電力系統(tǒng)中四種主要接地方式，分別是中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地和中性點(diǎn)不接地，同時(shí)指出四種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和使用情況做了簡(jiǎn)單的介紹。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)； 電力系統(tǒng)； 接地方式

中圖分類(lèi)號(hào)：G717 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）07-119-002

一、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)變壓器或發(fā)電機(jī)的三相繞組為星形聯(lián)結(jié)時(shí)，其中性點(diǎn)可有四種運(yùn)行方式：中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地運(yùn)行方式、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式、中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式。這四種接地方式各有各的特點(diǎn)和適用范圍，采用哪一種中性點(diǎn)運(yùn)行方式，直接影響到電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、電網(wǎng)的造價(jià)以及對(duì)通信線(xiàn)路的干擾程度。只有進(jìn)行合理的比較、選擇，才能做到安全、可靠和經(jīng)濟(jì)面的最大化。下面分別對(duì)這四種接地方式進(jìn)行分析討論。

二、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式

1.中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地即中性點(diǎn)對(duì)地絕緣，圖1是該種方式工作示意圖。假設(shè)三相系統(tǒng)的電源電壓和線(xiàn)路參數(shù)R、L、C都是對(duì)稱(chēng)的，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三個(gè)相的相電壓是對(duì)稱(chēng)的，三個(gè)相的對(duì)地電容電流也是平衡的。因此三個(gè)相的電容電流的向量和為零，地中沒(méi)有電流流過(guò)。A相、B相、C相的對(duì)地電壓，就是相電壓。

必須指出，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)是不允許過(guò)分長(zhǎng)期帶單相接地運(yùn)行的。由于線(xiàn)電壓保持不變，對(duì)電力用戶(hù)沒(méi)有影響，用戶(hù)可繼續(xù)運(yùn)行，提高了供電可靠性。理論上長(zhǎng)期帶單相接地故障運(yùn)行不會(huì)危及電網(wǎng)絕緣，但實(shí)際上，因未故障相電壓升高為線(xiàn)電壓，長(zhǎng)期運(yùn)行可能在絕緣薄弱處發(fā)生絕緣破壞而造成相間短路。因此，我國(guó)規(guī)定單相接地故障運(yùn)行的時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)，并要加強(qiáng)監(jiān)視。

為此，為防止由于接地點(diǎn)的電弧及伴隨產(chǎn)生的過(guò)電壓，使系統(tǒng)由單相接地故障發(fā)展為多相接地故障，引起故障范圍擴(kuò)大，所以在這種系統(tǒng)中必須裝設(shè)交流絕緣監(jiān)察裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或指示，以提醒運(yùn)行值班人員注意，及時(shí)采取措施，查找和消除接地故障。如有備用線(xiàn)路，則可將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線(xiàn)路上，當(dāng)危及人身和設(shè)備安全時(shí)，單相接地保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘。

這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)為：由于非故障相的對(duì)地電壓升高到線(xiàn)電壓，電氣設(shè)備和線(xiàn)路的對(duì)地絕緣必須按能承受線(xiàn)電壓考慮設(shè)計(jì)，從而相應(yīng)地增加了投資。

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電力系統(tǒng)

當(dāng)接地電流較大，采用中性點(diǎn)不接地方式的系統(tǒng)易在接地點(diǎn)產(chǎn)生斷續(xù)電弧，可能引起諧振過(guò)電壓現(xiàn)象。為避免該現(xiàn)象發(fā)生，可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的方式。

消弧線(xiàn)圈實(shí)際上就是一個(gè)可調(diào)的鐵心電感線(xiàn)圈，其電阻很小，感抗很大。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電位為零，此時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò)消弧線(xiàn)圈。

由圖2所見(jiàn)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的總電流是接地電容電流Ic與流過(guò)消弧線(xiàn)圈的電感電流IL的相量和。由于Ic超前Uc90°，而IL滯后Uc90°，如圖2（b）所示，因此Ic和IL在接地點(diǎn)互相補(bǔ)償，接地電流小于最小生弧電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧以及由此引起的各種危害。并且消弧線(xiàn)圈還能減少電弧重燃的可能性，免于發(fā)生設(shè)備接地故障。

總之，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電力系統(tǒng)具有中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，且更優(yōu)越。但同樣存在一些缺點(diǎn)：（1）消弧線(xiàn)圈是感性元件，與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過(guò)電壓；（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地僅能降低弧光接地過(guò)電壓的可能性，不能徹底消弧弧光接地過(guò)電壓；（3）故障選線(xiàn)難，系統(tǒng)不能及時(shí)切除故障線(xiàn)路；（4）采用該種方式的電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)成本比較大。

3.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，就是在電網(wǎng)中性點(diǎn)與大地之間接入某一電阻器。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，適當(dāng)選擇所接電阻器的阻值，不僅可以減少電弧重燃的可能性，也可以抑制電網(wǎng)過(guò)電壓的輻值，還可以提高繼電保護(hù)裝置的靈敏度以作用于跳閘，從而有效保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。由此可見(jiàn)，采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式能在單相接地故障時(shí)產(chǎn)生限流降壓作用，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)為：（1）由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生；（2）當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)論是永久性的還是非永久性的，均作用于跳閘，使線(xiàn)路的跳閘次數(shù)大大增加，影響了用戶(hù)的正常供電，使其供電的可靠性下降。

隨著一些城市電網(wǎng)負(fù)荷迅速增長(zhǎng)、電纜線(xiàn)路增加很快、系統(tǒng)電容電急劇增加，特別是近幾年大規(guī)模城市電網(wǎng)改造，電纜線(xiàn)路逐步代替架空線(xiàn)路，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大大加強(qiáng)。在電纜線(xiàn)路為主的城市電網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，因單相接地過(guò)電壓燒壞設(shè)備的事故概率大大增加。為解決這一矛盾，北京、廣州、深圳等大城市逐步采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式在上述城市配網(wǎng)中已有多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，對(duì)降低系統(tǒng)過(guò)電壓水平、提高系統(tǒng)可靠性具有良好的效果。

4.中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)輸電電壓的增高和輸電距離的不斷增長(zhǎng)，越來(lái)越多的廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，即中性點(diǎn)直接與大地相連。如圖3所示。

正常運(yùn)行時(shí)，由于三相系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)，中性點(diǎn)的電壓為零，中性點(diǎn)沒(méi)有電流流過(guò)。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，由于中性點(diǎn)的鉗位作用，故障相對(duì)地電壓為0，非故障相對(duì)地電壓是相電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓仍為0。所以，按這種方式運(yùn)行的系統(tǒng)，供電設(shè)備的相絕緣只需按相電壓來(lái)考慮。這對(duì)110kV及以上的高壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值，因?yàn)楦邏弘娖?，特別是超高壓電器，其絕緣問(wèn)題是影響電器設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵問(wèn)題。電器絕緣要求的降低，直接降低了電器的造價(jià)，同時(shí)也改善了電器性能。并且在形成單相接地短路時(shí)，單相短路電流比線(xiàn)路的正常負(fù)荷電流大得多，使保護(hù)裝置動(dòng)作于跳閘，切除短路故障，使系統(tǒng)的其他部分恢復(fù)正常運(yùn)行，工作可靠。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)為：（1）單相短路太大，必須立即斷開(kāi)電路，這樣造成的后果是短期停電（重合閘成功），或者是長(zhǎng)期停電（永久性故障，則重合閘不成功）。因此，供電可靠性不如小電阻接地電力系統(tǒng)；（2）巨大的短路電流引起的電動(dòng)力和熱效應(yīng)可能使一些電氣設(shè)備造成損壞。一些斷路器由于切斷短路電流的次數(shù)增加，會(huì)增加其維護(hù)檢修的工作量；（3）大的接地電流對(duì)鄰近的通信線(xiàn)路干擾大，感應(yīng)電壓可能危及工作人員安全，易發(fā)生觸電傷害事故或引起信號(hào)裝置誤動(dòng)作，因此，電力線(xiàn)和通信線(xiàn)間必須保持一定的距離。

三、結(jié)語(yǔ)

在三相交流電力系統(tǒng)中，采用哪種接地方式要根據(jù)電壓等級(jí)的高低、系統(tǒng)容量的大小、線(xiàn)路的長(zhǎng)短和運(yùn)行氣象條件等因素經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較來(lái)確定的，以達(dá)到較好的工程效果。中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地和中性點(diǎn)直接接地是配電網(wǎng)選取過(guò)程中常見(jiàn)的四種方式，各有利弊。因此，電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，應(yīng)依據(jù)國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，并根據(jù)實(shí)際情況而確定。我國(guó)6～10kV電力網(wǎng)和部分35kV電力網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式；20kV及以上系統(tǒng)中單相接地電流大于10A及3～10kV電力網(wǎng)中單相接地電流大于30A，其中性點(diǎn)均采用經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式；我國(guó)一些大城市的10kV系統(tǒng)采用經(jīng)低電阻接地的方式；110kV以上電力網(wǎng)和380/220V低壓電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)直接接地方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉介才.工廠(chǎng)供電，北京機(jī)械工業(yè)出版社，2009第2版

[2]企業(yè)供電系統(tǒng)與運(yùn)行，中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社