小电阻接地运行方式的比较分析

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小电阻接地运行方式的比较分析

法律快车官方整理更新时间： 2019-12-03 04:26:05 人浏览

导读：

摘要：三相交流配电网中性点与大地间电气连接的方式，称为电网中性点接地方式，也可称为电网中性点运行方式。笔者主要分析比较了中性点不接地、中性点直接、中性点经消弧线圈、中性点经电阻几种接地方式。关键词：小电阻、中性点不接地、中性点直接、中性

摘要：三相交流配电网中性点与大地间电气连接的方式，称为电网中性点接地方式，也可称为电网中性点运行方式。笔者主要分析比较了中性点不接地、中性点直接、中性点经消弧线圈、中性点经电阻几种接地方式。

关键词：小电阻、中性点不接地、中性点直接、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻

1中性点接地方式综述

配电网中性点接地方式有：不接地、直接接地、经消弧线圈接地、经电阻接地等。各种不同中性点接地方式的电网在正常运行时，并不对中性点的接地方式作出任何反映。而当电网发生异常情况时，尤其是发生单相接地故障时，在故障相与非故障相上出现的异常电流、电压，将因中性点接地方式的不同而有所不同。

因此，就其发生异常状况时电网的运行特征而言，中性点接地方式可归纳为两大类:一是非有效接地，包括中性点不接地、经消弧线圈接地(又称谐振接地)和经高阻抗接地;二是有效接地，包括直接接地和经小电阻接地。在中性点非有效接地方式中，单相接地时，非故障相的对地电压一般最高可能达到线间电压的105%，此时单相接地故障电流则较小。在中性点有效接地方式中，当发生单相接地故障(金属性对地短路)时，故障相将通过较大的故障电流，此时非故障相的对地稳态电压不超过线间电压的80%。大的故障电流对于电气设备要求有高机械强度和高热稳定性。适当增大中性点接地电阻值，可以减少单相接地时的故障电流，但同时会使非故障相对地电压增大。

2 对中性点接地运行方式的分析

2.1中性点不接地方式

中性点不接地系统可以看作是经容抗接地系统，该容抗是由电网中的架空线路、电缆线路、电动机和变压器绕组等对地藕合电容组成的。

由于发生单相接地故障时流过故障点的电流为系统中所有线路对地电容电流，在以架空线路为主的电网中，此电流值一般为数安到数十安;在以电缆为主的电网中，此电流可能达到数百安培。一般来说，这种接地方式电容电流数值不会引起继电保护动作跳闸，因此，电网将带一相接地继续运行。另一方面，由于单相接地，电网中性点电压发生位移，可以利用这个中性点位移电压发出信号，使运行人员能够采取各种措施应付这个异常情况，一方面寻找故障点，一方面改变电网运行方式，保证重要用户的供电。

中性点不接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资少，适用于农村10kV架空线路为主的辐射形或树形的供电网络。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，故障相对地电压下降为零，两个非故障相对地电压将上升为线电压，此时三个线电压仍然保持对称和大小不变，对用电设备的继续工作没有什么影响，故规程规定，系统仍可以继续运行两小时，但要求各种设备的绝缘水平按照线电压来设计。

中性点不接地方式在单相接地故障时仍能继续供电是一个很大的优点。但随着配电网规模的扩大，电网中电缆线路数量的增多，使电网对地电容电流大幅度增大。这样单相接地故障时故障点的电弧不能自行熄灭，可能产生稳定或间歇性弧光接地过电压，在6—10kV系统中，由于对地电容电流过大而容易发生电缆放炮、开关绝缘子爆炸等事故。由于母线绝缘监视用PT的改型，其伏安特性的降低造成了普遍的铁磁谐振过电压现象，若同时伴随有电弧间歇性击穿就可能会造成PT被烧毁。

2.2中性点直接接地方式

由于中性点直接接地系统中的零序阻抗Z0较小，所以当发生单相接地故障时，系统中便会流过很大的单相接地短路电流，这不但会对电气设备造成严重的破坏，还将对邻近的电信设备产生电磁感应危险影响，并在接地装置上产生高电位，经过地下的直接传导，使电信设备的接地部分也产生高电位，导致对电信设备的高电位危险影响。

在中性点直接接地的电网中，为了限制单相接地电流，部分变压器中性点是不接地的。如果发生断线，则电源电动势会在线路相间电容、对地电容和空载变压器的励磁阻抗构成的回路中产生谐振现象，在断线相和中性点上会产生很高的对地过电压。目前，很多中压配电网变压器绕组是采用分级绝缘的，由于中性点避雷器的灭弧电压很低，常在谐振过电压下发生动作而爆炸。断线过电压曾在110kV、220kV变电所中多次发生，以致造成出线端对铁壳放电的严重事故，最大过电压的幅值估计达到额定相电压的4倍以上。为了抑制谐振，在对断路器进行计划性操作时，应将负载变压器的中性点临时接地，此时变压器合闸相的绕组电压已被固定，未合闸相则通过三角形接线的低压绕组感应出一个恒定的电动势，谐振回路就会被破坏。[page]

由于直接接地方式的初次建设费用比较节省，至今仍有一些配电网采用这种中性点接地方式。

2.3中性点经消弧线圈接地方式

在中性点不接地电网中，有两个特点:一是接地故障点有电容电流流过，二是电网中出现中性点位移电压，其值约为电网正常时的相对地电压。当接地电容电流较大且超过一定值时，接地电弧不能自行熄灭，将造成弧光接地，产生过电压。如能在故障时自动在故障点接入一个电感性的电流，则能使电感电流和电容电流因为相位相反而自行抵消，合成电流为零或者变得很小，然后自行熄灭电弧，即可达到消弧的目的，使电网迅速恢复正常。

传统的消弧线圈一般采用一个带有若干气隙的铁芯，气隙的目的是使铁芯的励磁特性不易饱和，在工作段上呈现线性特性。线圈绕在铁芯外边，带有若干个分接头，可以在无电情况下切换。因为电网有大小，线路有多少，电容电流就有大有小，而且按照运行需要，线路接线要变动，电容电流也随之变动，因此消弧线圈的分接头也要随不同运行情况而调整。

根据对电容电流补偿程度的不同，消弧线圈可以有完全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式。由于完全补偿及欠补偿方式存在着使网络发生串联谐振，导致电源中性点对地电压升高的可能，所以在实际应用中，一般多采用过补偿方式。

由于消弧线圈能有效地减少单相接地电流，迅速熄灭故障电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在3~60kV电压等级的电网中。在我国，规定凡不符合中性点不接地条件的3~60kV电力网(即3~10kV电网，电容电流在30A以上;35~60kV电网，电容电流在10A以上时)均可采用中性点经消弧线圈接地方式。在这些电压等级的电力网中单相接地故障(如雷击闪络等)较易发生，采用不接地或经消弧线圈接地方式可以提高其供电可靠性。对于这两种中性点接地方式，由于单相接地电流都不大，故它们被称为小接地短路电流电力网。接地电流小可以减轻对附近通信线路的干扰，这也是这种电力网的优点。但是中性点经消弧线圈接地的电力网发生单相接地时，非故障相对地电压将上升至倍，这时尽管可以继续工作，但仍应在较短时间内发现并消除故障以防止事故的扩大。由于这种电力网最大长期工作电压和过电压水平都比较高，因而当它在电压等级较高的电力网中采用时，将显著增大绝缘方面的费用，是否宜于采用，应经过综合比较后才能最后选定。在我国，110~154KV电压等级的电力网多数不采用经消弧线圈接地的方式，主要原因是为了降低绝缘水平以减低设备和线路的造价。但是，也有个别雷害事故严重地区的电力网是采用经消弧线圈接地的，其目的是为了减少由于雷击等单相闪络所造成的线路断路器的跳闸次数，以提高运行可靠性及减少断路器的维修工作量。也有一些国家，为了提高运行可靠性，对110~154kV电压等级的电力网，仍然采用经消弧线圈接地的方式。

实践证明，采用中性点经消弧线圈接地的方式只能适用于220kV以下的电网中，这是因为，由于电网中除了对地电容外，还有泄漏损耗和电晕损耗等存在，接地电流中除了无功分量(电容电流)外还有有功分量(有功损耗电流)。即使消弧线圈的电感是按完全补偿的条件来选择的(这时无功分量的电流为零)，在接地点仍有残存的有功电流分量流过。电压等级越高，这个残存的有功电流分量也越大，在220kV及以上的电网中，它的值可达100~200A以上，以致达不到熄灭电弧的目的。

2. 4中性点经电阻接地方式

随着国民经济的发展，某些城市配电网已经改变了过去以架空线路为主的局面，而是以电缆线路为主，这使得原来沿用的中性点非有效接地方式有些不适应，主要表现为:

①采用中性点经消弧线圈接地的方式，在切合电缆线路时，电容电流变化较大，需及时调整消弧线圈的调谐度。传统的消弧线圈不仅操作麻烦，而且要求有熟练的运行维护技术才能将消弧线圈调整到合适的工作状态。[page]

②随着配电网的发展，线路增多，容量增大，电容电流很大，消弧线圈的补偿容量也需增大，使投资增大。

③采用非有效接地方式的配电网，其工频过电压、弧光接地过电压、某些谐振过电压的幅值较高，并且持续时间长，这对设备绝缘和安全运行来说是严重的威胁。

④电缆线路造成单相接地故障的概率较架空线路小得多。电缆单相接地，其绝缘一般是永久性故障不能自行恢复，因此，不宜带接地故障继续运行，以免扩大事故。

⑤随着配电网电容电流的增大，某些系统单相接地故障引起的过电压呈上升趋势，由于中性点非有效接地方式下允许带故障运行一段时间，这就加速了设备绝缘损坏，从而降低了设备的寿命。

⑥中性点采用非有效接地方式，难以实现快速查找接地故障点。

⑦以电缆为主的系统中需要安装的消弧线圈的容量越来越大，有些情况下使用一台消弧线圈已不能满足需要，甚至需要在一条母线上中加装两台或多台消弧线圈，其并联运行也存在很多问题。

⑧受电网谐波分量的干扰，故障电流中也含有谐波电流，消弧线圈无法补偿这部分电流。

基于以上情况，近年来，我国已经有不少配电网中性点采用了经电阻接地的运行方式。上海、北京、广州、珠海等城市配电网中性点已在试行电阻接地方式(采用10 以下小电阻);南京地区已在多个110kV变电所及220kV下关变电所10kV系统试行中电阻接地方式。10kV以下配电网系统中性点采用电阻接地方式已经成为一种发展趋势。

对于中性点经电阻接地的系统，在线路发生单相接地故障时，故障电流一般在100~1000A之间。保护装置可以根据检测到的故障电流，快速切除配电系统中的接地线路，从而不易使故障点发展为两点接地故障，有利于缩短故障线路修复时间。在接地故障期间，非故障相的电压也不高于线电压。此外，这种接地方式可以将系统发生接地故障时运行设备及城市通信系统的影响限制到最小程度;中性点设备投资费用也不高;系统的事故率可大大降低，有利于整个系统安全可靠运行。对部分架空供电线路，还可以采用自动重合闸装置，以提高其对用户供电的可靠性。中性点经电阻接地方式存在着线路跳闸频繁、断路器维护工作量增大等问题，目前对它的应用尚有较大的争议。

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