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中性点接地方式


电力系统中性点运行方式
电网中性点的接地方式总体上可分为两大类, 即小电流接地方式和大电流接 地方式。其中,大电流接地方式又可分为中性点直接接地或者经小电阻接地;小 电流接地方式又分为中性点不接地、 中性点经消弧线圈接地和中性点经大阻抗接 地系统。 电力系统中中性点接地方式的选取要考虑很多因素。 对于不同的中性点接地 方式,工作条件和技术特点也不相同,尤其是出现单相接地时运行情况不同。中 性点运行方式的选取要综合考虑系统运行的可靠性、设备的绝缘水平、接地保护 的方式、对通信的干扰和人身的安全等一系统的问题。要进行全面分析,进行经 济和技术比较,才能确定某一具体系统所适合的中性点接地方式。

中性点不接地系统
图 1 分别为中性点不接地系统的等值电路图和相量图。如图所示,当电网正
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常运行时,如果线路导线换位良好,三相对地电压 U a 、Ub 和 U c 对称,数值大小 为相电压,三相对地电容也相等,为 C0 ,三相对地电容电流平衡,即各相对地 电容电流大小相等,相位差为 120°,其相量和为零,此时的中性点的对地电压
?

UN = 0 。
当出现接地短路故障时,假设 A 相短路接地,则故障相(A 相)的对地电压 为零,中性点的对地电压变为相电压,而未故障相(B 相和 C 相)对地电压变为 原来的 3 倍,成为线电压。即:

U ad = 0 U N = ?U a U bd = U N + U b = ? U a + U b U cd = U N + U c = ? U a + U c U bd = U cd = 3 U a
在 A 相短路的情况下, 流经短路点的电流将是 B 相和 C 相两相对地电容电流 的和。有
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?

I d = I bd + I cd
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?

?

?

由非故障两相电压 U bd 和 U cd 产生的电流 I bd 和 I cd 大小是正常运行时的各相
? ? ?

对地电容电流的 3 倍,由图可知, I d 又是 I bd 或 I cd 的 3 倍。所以,短路点的 接地电流有效值可表示为:

I d = 3 × 3U p / X c = 3U pωC0
Up

1-1

相电压 各相对地电容

C0

由图 1-1 可知,当发生单相接地短路故障时,线间电压保持不变,电路工 作不受影响,系统还可以继续供电,一般可允许继续运行两个小时,此期间应发 出信号,由工作人员尽快查清原因并解除故障,使系统正常运行。

C

?

Ic

B
?
?

?

?

Ub

Uc
?

Ib

U bd
?

N
?

U cd

?

UN Ua

I cd

A

?

?

?

Ia

Id

Ca

Cb

Cc

Id
?

Ic

?

I bd

由式 1-1 可以看出,发生单相接地时,短路电流的大小与系统电压和对地 电容的大小有关,对地电容大小又与线路长度有关。所以,系统电压等级越高, 线路越长,发生单相接地时,短路电流就越大。实际上,在故障点总会有电弧存 在,间歇性电弧可能会使电网形成振荡回路,引起危害系统绝缘的过电压;稳定 性电弧也可能烧坏设备,破坏故障处的绝缘,严重时会引起两相或三相短路。随 着电力网的不断发展,线路总长度越来越大,电压等级越来越高,对于中性点不 接地系统,发生单相接地短路故障时,电容电流值将有显著增大,当电流增大到 一定程度时,电弧就难以自然熄灭,形成间歇性电弧或稳定性电弧,危害人身和 财产安全。中性点经消弧线圈接地可以较好的解决这一问题。

中性点经消弧线圈接地系统
在中性点处装设消弧线圈可以很好地解决中性点不接地系统存在的单相接 地故障时短路电流大、 电弧难于熄灭等问题。 根据长期的运行经验, 对于 3~60KV 的网络, 单相接地短路电流 3~6KV 网络不应超过 30A、 10KV 网络不应超过 20A、 35~60KV 网络不应超过 10A,超过以上数值时,中性点一般应装设消弧线圈。图 1-2 为中性点经消弧线圈接地的等值电路与相量图。 和中性点不接地系统一样,当中性点经消弧线圈接地的系统正常运行时,中 性点的电位为零,此时没有电流流过消弧线圈;当发生单相接地故障时,接地相 的对地电压变为零,未故障相的对地电压变为原来的 3 倍。如图所示,假如 A
?

相发生单相接地故障, 那么消弧线圈两端的电压为相电压, 将会有电感电流 I L 流
? ?

过消弧线圈。电感电流 I L 滞后电压 90°,和接地点的电容电流 I d 方向相反,接

?

?

地点的电流是 I L 和 I d 的相量和,从而可使它们相互补偿和抵消。如果选择适当 容量的消弧线圈,接地点的电流将会变得很小,甚至有可能变为零,在接地点产 生的电弧将会很快熄灭。
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?

C
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Ic

B
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Ub
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Uc
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U bd
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N
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U cd

Ib IL
UN
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Ib

Ic
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Ua
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L

A

Id
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IL

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Ca

Cb

Cc

IL

Id

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根据电流的补偿程度,即 I L 与 I d 的大小关系,可以分为三种补偿方式: <1> 全补偿。全补偿的时候, I L = I d ,接地点的电流为零。单从消弧的方面 来看,这种补偿电流最小,补偿效果最好。但实际上却很小采用全补偿方式,因 为在实际中,三相电网往往是不对称的,当中性点出现一定电压时,很有可能会 引起串联谐振过电压,从而会影响电网的安全运行。 <2> 欠补偿。 欠补偿的时候,I L < I d , 接地点处有未完全补偿的电容性电流。 在实际中也较少采用这种方式。在系统频率降低或检修线路的时候,系统也有可 能会接近全补偿,从而出现串联谐振过电压,进而危及电网绝缘。 <3> 过补偿。过补偿的时候, I L > I d ,接地点处将会有剩余的电感性电流。 过补偿方式是被广泛采用的一种方式,它可以有效地避免产生串联谐振过电压。 过补偿的过程中,电感电流 I L 也不能与 I d 相差太大,否则也不能很好地起到补 偿作用,接地电弧也不能很好地熄灭。

中性点直接接地系统
在中性点直接接地系统中,发生单相接地故障时,短路电流 I d 会很大。此时 不再会有补偿电流,而是继电保护装置动作,将故障相的线路立即切除。这样就 不会有稳定电弧或者间歇电弧存在。中性点接地时,零电位保持不变,非故障两 相的对地电压也不会升高,仍然是相电压。

电力系统接地方式的选择
要了解不同的电力系统的中性点采取何种接地方式, 首先要了解不同的接地 系统的优缺点。 现将小电流接地系统与大电流接地系统对比的优缺点作一下简要

分析。 大电流接地系统在出现单相接地故障时,不会出现弧光过电压,非故障两相 的电压也不会升高;小电流接地系统非故障相的对地电压变为原来的 3 倍,容 易出现弧光过电压。所以,出于对电力系统绝缘水平的考虑,小电流接地系统要 按照线电压选取,大电流接地系统只需按照相电压考虑即可。一般来看,小电流 接地系统的绝缘要求要比大电流接地系统高大约 20%。此外,大电流接地系统发 生单相接地故障时,是继电保护装置动作,简单可靠、灵敏度高;小电流接地系 统较为复杂,消除故障需要一定的时间。 另一方面, 大电流接地系统在发生单相接地故障时, 都要立刻切除故障线路, 不管是瞬间故障还是永久故障; 小电流接地系统在出现故障时, 可以不切除线路, 仍可继续运行两小时,在供电可靠性方面,小电流接地系统较高。另外,大接地 系统发生故障时,接地短路电流很大,使系统电压剧烈波动,危害系统的稳定, 大的短路电流还会对附近的通信线路有很大干扰, 感应电压可能会引起信号装置 的误动作,严重时可危及工作人员的人身安全,需加以防范,使电力系统线路和 通信线路之间要保持一定的距离;小电流接地系统不存在此方面的问题。 综上分析,大电流接地系统和小电流接地系统各存在一定的优缺点。小电流 接地系统在供电可靠性和抗通信干扰方面比较好, 但是对系统的绝缘水平有较高 的要求,大电流接地系统恰与此相反。由于实际的电力系统对不同方面的要求也 各不相同, 所以对于不同电压等级的电力系统, 中性点接地方式的应用也不一样。 10KV 以下的系统,电压低,配电线路长,对绝缘的要求不高,但是雷击跳 闸频繁,停电事故较多,所以应重点考虑供电可靠性的问题。主要采用中性点不 接地系统, 个别情况, 如有电缆线路单相接地电流越限或有发电机直接接入电网, 为避免电机故障产生电弧烧坏电机,也采用消弧线圈接地方式。 35~60KV 的系统与 10KV 以下的系统相似,绝缘水平所占的比重较小,该电 压等级雷击事故也较多,还应重点考虑供电可靠性的问题,考虑到 35~60KV 系 统线路的长度一般都在 100km 以上,单相接地电流较大,所以该电压等级系统主 要采用中性点经消弧线圈接地方式。除此以外,我国矿井中压系统也主要采用中 性点经消弧线圈接地方式,矿井对于工作的安全性要求非常高,装设消弧线圈可 以很大程度地减少事故的发生。电力部门颁布的行业标准也规定,钢筋混凝土式 金属杆塔的架空线路构成的系统和所有 35kV、66kV 系统对地电容电流超过 10A 时应装设消弧线圈。 110KV 及以上系统,绝缘费用在整个系统中所占的比重非常大,甚至占到首 要地位,供电可靠性方面可能通过全线架避雷线和采用自动重合闸装置来解决。 此类系统采用中性点直接接地方式有很明显的优越性。


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