電力系統中性點接地方式及其零序保護

劉 琦

中國化學工程第三建設有限公司電儀五公司

電力系統中性點接地方式及其零序保護

劉 琦

中國化學工程第三建設有限公司電儀五公司

電力系統中性點接地方式的合理選擇關乎電網的安全、穩定運行，因此應予以足夠的重視。電力系統發生了單接地故障，必然出現零序電流及零序電壓，因此進一步加強對其的研究非常有必要，通過對零序電流和零序電壓的監測和管理可以有效的實現對接地故障的監測和處理，保障電力系統的穩定運行。基于此本文分析了電力系統中性點接地方式及其零序保護。

電力系統；中性點接地方式；其零序保護

1　電力系統中性點接地

在電力系統中中性點接地方式是非常重要的運行方式，因此也是越來越受到重視。其主要是指三相交流電網中性點與大地間的電氣連接方式。中性點的接地方式總的來講分為中性點不接地、經消弧線圈接地、經小電阻接地及直接接地，前兩種在概念上稱為中性點非有效接地，后兩種稱為中性點有效接地。非有效接地系統在農村小電網用得較多，隨著電網規模的不斷發展，越來越多的電網已轉向中性點有效接地系統。但不論哪種接地方式，都有各自的適用場合和在工程應用中的不足，因此，必須做好技術預測，選擇更有效的中心點運行方式。

1.1中性點不接地系統

三相電位向量實際是零，和地電位相同，因此中性點是否接地對三相無影響。這種中性點與地之間無直接連接的方式通常稱為中性點不接地。但實際上電力系統的三相與地之間存有電容，因此中性點不接地本質上是三相對地電容相等時保持對地的零電位(圖1)。

當三相對地電容不相等時，中性點產生對地電勢差，即中性點位移，由于常態下產生的位移電壓較小，對電網影響小，可以忽略。當系統發生單相短路接地時，故障電流大致以“相線—設備外殼—設備接地電阻—大地—相線對地容抗—相線”的方向流動，由于相線對地容抗值極大，故障電流微小，接觸電壓也不大，對人身沒有危害，所以這種方式較中性點接地更安全。當線路不長、電壓不高時，接地電容電流小，引起的電弧會自動熄滅而不致引起跳閘。系統可以帶故障短時間繼續運行(一般允許時間為2小時)。但當電網線路長、電壓高時，接地電容電流大，在接地點易產生間持續的歇性電弧，這種持續可能會引起諧振過電壓，危及電網安全。

中性點不接地方式具有結構簡單，運行方便，投資較小、運行可靠的優點，使用于規模不大的廠礦等中壓供電環境。

1.2中性點經消弧線圈接地系統

在三相電力系統中，為減小單相接地處的接地電流，在電網中性點裝設一個消弧線圈來減小接地電流實現滅弧、保障電網穩定，這就是中性點經消弧線圈接地系統，又稱諧振接地系統(圖2)。

當發生單相故障接地時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點電壓發生偏移，和相電壓相等。該電壓作用在消弧線圈上，通過消弧圈產生與電容電流的方向相反的感性電流，與電容電流進行疊加補償，使接地處的電流變得很小或趨近于零，限制了接地故障電流的破壞作用，有利于接地電弧的熄滅。同時，由于各相線電壓保持不變，系統可以在短時間內帶故障繼續運行。

1.3中性點經小電阻接地系統

圖1 中性點不接地系統

圖2 中性點經消孤線圈接地系統

圖3 中性點直接接地系統的示意圖

中性點經小電阻接地系統在發生單相接地時，非接地相電壓不升高或升幅較小，在設計時，各相對地絕緣可以按相電壓來考慮。

1.4中性點直接接地

中性點直接接地指的是電網中設備中性點經零阻抗接地，而非電力系統全部的變壓器均為中性點直接接地。這種接地方式不設置絕緣檢測裝置，通過快速切斷故障線路來保障電網的安全。

結合圖3，當單相發生故障接地時，故障相通過大地與電源構成單項回路，由于限流電抗值小，通過故障點的電流大，形成短路，引發斷路器迅速跳閘切斷故障線路，切斷故障后，中性點電壓不變，保持零，非故障相電壓和電流不變，實現了故障單相的局部控制和其他相的穩定運行。但是，由于故障時接地電流太大，巨大的感應電壓對附近的弱電通訊系統干擾強，特別是與輸電線路平行敷設的通訊路線，危害更大。而且線路接地點會產生較大的跨步電壓和接地電壓，對人員的安全造成威脅。

2　零序保護

正常運行的三相電力系統中，三相電流的向量和趨近于零，當電路中發生觸電或漏電故障時，三相電流不平衡，此時的三相電流向量和就是零序電流。而系統發生接地時，零序電流和零序電壓會有大幅的波動，特別在出現短路時，將產生接近單相電流的零序電流。因此安裝零序電流互感器是檢測因系統接地情況的便捷方法。另外，使用零序電壓過濾器還可以檢測零序電壓發生的變化，通過多種監測均可以達到監控接地現象的效果。

2.1零序電流保護

電力系統出現了不對稱的情況，加上受到平行線路間的影響，就會使得線路零序電流出現問題，因此需要采取有效的方法進行控制，一般是設置限定值或方向元件，從容提高監測的精度。

2.2零序方向電流保護

如果是單相接地出現短路的情況，就會使得零序電流方向發生改變，對此需要進一步加強判別零序電流方向，從而起到保護的目的。同時，由于故障帶的零序電壓會隨著傳輸距離衰減，因此也可以知道離故障點的距離會應當向到零序電壓，采用零序功率方向保護能達到其功效。

2.3放電間隙保護配置

在間隙擊穿的過程中，電流不是一直存在，對應于間隙的間歇性擊穿。也就是在整個過程中存在擊穿、恢復的過程。擊穿時有電流、恢復時有過壓。兩者都反映同一種運行情況(中性點過壓)。因此將過壓繼電器和過流繼電器兩者并聯去驅動時間元件。所以應當同時設置間隙電流保護和零序過電壓保護。

總之，電力系統中絕大多數故障都是單相接地故障，為提高其動作靈敏性，均裝設專門的接地保護裝置，該裝置構成簡單，易于實現。通常反映接地故障時的零序電流和電壓，稱為零序保護裝置，其對于電力系統具有很重要的作用，本文分析了電力系統中性點接地方式及其零序保護，以期提供一些借鑒。

[1]付惠琪，袁東升.電力系統中性點接地方式分析及選擇[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2006，06：493-496+526.

[2]楊照輝.高速鐵路電力系統中性點接地方式探討[J].電氣化鐵道，2007，01：10-13.