淺談電網中性點運行方式

張建華 李永軍

(南瑞繼電保護技術分公司，江蘇 南京 210003)

1 引言

當電力系統中的任何一相發生單相接地故障時，單相接地故障電流的大小和非故障相工頻電壓的高低，即所謂的電力系統的基本運行特性，對應于不同數值范圍內的接地程度系數。各種中性點接地方式的電力系統具有不同的基本運行特性。以下將結合中壓電網中所采用的幾種中性點接地方式，討論相應電力系統的基本運行特性。

現代城市對電網運行特性的基本要求是：（1）供電可靠性高；（2）人身安全性好；（3）設備安全性好；（4）電磁兼容與通信系統良好共處；（5）維修工作量小；（6）綜合技術經濟指標合理等。

電力系統在正常運行時，對不同的中性點接地方式及其差異，基本上沒有反映。可是，當系統發生單相接地故障時，情況則大不一樣了。因中性點接地方式的不同，非故障相工頻電壓的升高和單相接地故障電流的大小也不相同。通常，以兩者的具體數值表征不同接地系統的基本運行特性，各種接地方式的特點和適用范圍等主要問題都是由此來決定的。

2 各種接地方式比較

2.1 中性點不接地

中性點不接地，實際上是經過集中于電力變壓器中性點的等值電容（絕緣狀態欠佳時還有泄漏電阻）接地的，其零序阻抗多為一有限值，而且不一定是常數。此時，系統的零序阻抗呈現容性，因接地程度系數k<0，△U可能高于相電壓，故非故障相的工頻電壓升高會略微高過線電壓。最早的城市中壓電網由于規模不大，多采用中性點不接地方式。在這種接地方式下，系統發生單相接地故障時，流過故障點的電流為所有非故障線路電容性電流的總和。在規模不大的架空線路網架結構中，這個值是相當小的，對用戶的供電影響不大。而且各相間的電壓大小和相位維持不變，三相系統的平衡性未遭破壞，允許繼續運行一段時間(2h以內)。但是這種接地方式有一個極大的缺陷，就是當接地電流超過一定值時容易產生弧光接地過電壓，將使系統的安全性受到很大的影響，對系統絕緣水平要求更高。近幾年國家和地方大力投資進行城網、農網改造，電網規模擴大，電纜線路不斷增加，6～35kV中壓電網原有的中性點不接地方式已不再適宜，并已逐漸被其他接地方式取代。

2.2 中性點經電阻接地

對于中壓電網來說，中性點經電阻接地的最初出發點，主要是為了限制電弧接地過電壓。電阻接地方式可以避免不接地方式中弧光接地過電壓的產生，同時由于增大了故障線路的接地電流，使得故障選線可以很方便地實施，進而實現快速跳閘，使非故障線路不需要長時間承受過電壓，降低了絕緣水平要求。對于以電纜為主又能實現環網供電的城市中壓電網，這是一種較為理想的接地方式。因為以電纜線路為主的電網發生單相接地故障時，流過故障點的電容電流很大，容易發展為相間故障，且多為永久性接地故障，需要及時跳閘，切除故障線路。而環網供電可保證供電的連續性，最大限度地減少停電范圍。從目前國內農網及城網的發展情況看，依然是架空線路占多數，或架空線路和電纜混合電網，環網供電水平較低。這些情況決定了國內中壓電網以中性點經消弧線圈接地，也就是通常所說的諧振接地方式為主要的接地方式。

2.3 中性點經消弧線圈接地（諧振接地）

諧振接地系統即中性點經消弧線圈接地的電力系統。因為消弧線圈是一種補償裝置，故這種系統通常又被稱為補償系統。消弧線圈是一種鐵心帶有空氣間隙的可調電感線圈，它裝設于中壓電網的中性點。當系統發生瞬間單相接地故障時，可經消弧線圈作用消除，保證系統不斷電；當為永久單相接地故障時消弧線圈動作可維持系統運行一定時間，可以使運行部門有足夠的時間啟動備用電源或轉移負荷，不至于造成被動；系統單相接地時消弧線圈作用可有效避免電弧接地過電壓，對全網電力設備起保護作用；由于接地電弧的時間縮短，使其危害受到限制，因此也減少維修工作量；由于瞬時接地故障等可由消弧線圈自動消除，因此減少了保護錯誤動作的概率；系統中性點經消弧線圈接地可有效抑制單相接地電流，因此可降低變電所和線路接地裝置的要求，且可以減少人員傷亡，對電磁兼容性也有好處。同時由于消弧線圈還會使故障相恢復電壓上升速度變慢，保證電弧的熄滅和避免發生重燃，從而有降低過電壓水平、使瞬時性接地故障自動消除等優點。需要注意的是，補償電網在正常運行期間，為了限制中性點位移電壓的升高，要求非自動消弧線圈適當的偏離諧振點運行。否則，預調式的自動消弧線圈一般應加限壓電阻，以利于電網的安全運行。

3 各種接地方式系統的基本運行特性

前已說明，中性點不接地系統，實際上是經過一定數值的容抗接地的。此時，系統的零序阻抗呈現容性，因接地程度系數k<0，△U可能高于相電壓，故非故障相的工頻電壓升高將會略微高過線電壓（這一現象是由高阻性接地故障引起的）。實際上中性點不接地的電力系統，其k值的一般變化范圍為-∞

中性點經電阻接地后，可以屬于有效和非常有效接地系統，也可以屬于非有效接地、甚至小電流接地系統，具體情況需視電阻的數值而定。對于中壓電網來說，中性點經電阻接地的最初出發點，主要是為了限制電弧接地過電壓。在小電流接地系統的繼電保護選擇性獲得解決之前，也曾藉此來實現故障線路的自動跳閘。在中性點為高電阻接地方式的情況下，為使接地電弧瞬間熄滅，一般來說單相接地電容電流應不大于10A，所以適用范圍受到限制，只宜在規模較小的10kV及以下電網中應用。當電網的額定電壓較高時，接地電容電流超過限值后，此種接地方式就不再適用，而需要改變為其他接地方式了。若改為低電阻接地方式，電網的接地電容電流便可不受限制。可是，由于此種接地方式的接地故障電流大，有時會帶來很多問題和麻煩，如人身安全、設備安全和通信干擾等均需采取措施，而且運行和維修費用也會相應增加。

諧振接地系統的中性點一般經消弧線圈（自動或手動調諧電感）接地，也可采用消弧變壓器。理論上可以這樣考慮，將系統的三相對地電容集中在一個（或幾個）變壓器的中性點上，同時與該集中電容并聯一個（或幾個）調諧電感，對電感值進行調整，使其靠近諧振點運行。雖然調諧電感是一個很有限的數值，但卻可使X0趨近無限大。當調整消弧線圈使接地程度系數k→±∞，即Z0→±∞時，相當于消弧線圈在諧振點（失諧度υ=0）運行。

結語

中性點接地問題是一項綜合性的技術經濟問題，它涉及到電網的安全運行、供電可靠性、建設資金投入、用戶安全、設備安全及經濟運行等問題。在專業技術方面涉及電力系統、過電壓與絕緣配合、繼電保護、通信與自控、電磁兼容、接地設計等諸多領域。隨著電網的發展，尋找更經濟合理的接地方式是一項新的課題。中壓電網的中性點接地方式的選擇是一個非常重要卻又復雜的問題，到目前為止，還沒有出現一種接地方式能滿足各方面需要，本文所作的工作只是淺嘗，還有待于深入研究。

[1]李俊,崔學斌,吳佩雄,齊云秋.關于電力系統中性點運行方式的幾個問題[J].黑龍江電力，2005-04-30.