淺析中性點(diǎn)接地的方式及接地故障保護(hù)的配置

許一晴

（ 320586198311086613 蘇州宏翊電氣科技有限公司）

淺析中性點(diǎn)接地的方式及接地故障保護(hù)的配置

許一晴

（ 320586198311086613 蘇州宏翊電氣科技有限公司）

我國電力系統(tǒng)當(dāng)中，中性點(diǎn)接地的主流方式包括經(jīng)消弧線圈、不接地以及直接接地三種。電力系統(tǒng)運(yùn)行中可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，接地故障作為電力系統(tǒng)中最為常見的故障，據(jù)統(tǒng)計(jì)占到高壓線路總故障次數(shù)的70%以上。由于中性點(diǎn)使用的接地方式有異，電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)生接地方面故障的原因、性質(zhì)和危害程度也不相同，我們可以根據(jù)不同的接地方式而配置有效的電網(wǎng)接地故障保護(hù)，這對(duì)于保護(hù)電力線乃至整個(gè)電力系統(tǒng)有著重要意義。

中性點(diǎn) 接地方式 絕緣監(jiān)察裝 消弧線圈

引言

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指三相系統(tǒng)做星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。在我國電力系統(tǒng)當(dāng)中，中性點(diǎn)接地的主流方式包括經(jīng)消弧線圈、不接地以及直接接地三種。其中，前兩者即經(jīng)消弧線圈和不接地線圈系統(tǒng)被稱作小型接地電流系統(tǒng)，而后者被稱作大型接地電流系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的工作方式是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合性技術(shù)問題，不論采用哪種工作方式，都會(huì)涉及到一系列問題，包括供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、絕緣和過電壓的契合程度以及繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置動(dòng)作設(shè)定等，下面就中性點(diǎn)的三工種作方式及在不同的中性點(diǎn)接地方式下，需配置哪些接地保護(hù)裝置分別加以分析。

1. 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

1.1 接地故障分析

1.1. 1 接地故障的基本特征分析。正常運(yùn)行及三相短路時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)三相是對(duì)稱的，三個(gè)相電壓和電流向量之和都為零，正因?yàn)榇瞬⒉淮嬖诹阈螂娏骱碗妷骸Ｔ谶@種條件下，其中兩相短路情況下也不存在零序電流和電壓。在一相發(fā)生接地短路的情況下，例如某相發(fā)生接地故障，由于某相電壓等于零，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生零序電壓和零序電流。發(fā)生兩相接地短路時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流。

1.1.2 單相接地短路時(shí)的零序分量。單相接地短路時(shí)，零序電流為通過故障點(diǎn)短路電流的1/3，二者的相位相同，均由電源流向故障點(diǎn)，零序電流的分布取決于變壓器中性點(diǎn)接地的分布情況，與電源的數(shù)目無直接關(guān)系。故障點(diǎn)的零序電壓，為非故障相電壓向量和的1/3，方向由線路指向大地。零序電壓的分布，在故障點(diǎn)，由于故障相電壓等于零，三個(gè)電壓最不對(duì)稱，故零序電壓最高，離接地故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，離接地中性點(diǎn)越近的地方，零序電壓越低。單相接地短路時(shí)，零序功率與短路功率相等，其方向由故障點(diǎn)流向電源。

1.2 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的零序保護(hù)配置

1.2.1 零序電流保護(hù)（三段式）

1.2.1.1 瞬時(shí)零序電流速斷（零序Ⅰ段保護(hù)）。這一條件下動(dòng)作電流根據(jù)避免被保護(hù)線路末端發(fā)生接地短路瞬間流過裝置零序電流的最大值來確定。保護(hù)靈敏度按保護(hù)范圍的長度來檢驗(yàn)，在最小運(yùn)行方式下，要求保護(hù)范圍不小于線路全長的15%。在發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，不能保護(hù)線路全長。

1.2.1.2 時(shí)限零序電流速斷保護(hù)（零序II段保護(hù)）。這一條件下的動(dòng)作電流根據(jù)避免零序保護(hù)I段的末端發(fā)生接地短路條件下瞬時(shí)最大零序電流來確定。此后的靈敏度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)當(dāng)根據(jù)這一線路末端短路發(fā)生時(shí)整個(gè)裝置的零序電流最小值來確定。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間比下一線路零序I段的動(dòng)作時(shí)間多一個(gè)△t。

1.2.1.3 零序過電流保護(hù)（零序III段保護(hù)）。其動(dòng)作電流按躲過下一線路始端方發(fā)生三相短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)一般取2—4A即可。保護(hù)的靈敏度按保護(hù)區(qū)末端接地短路 時(shí)的最小零序電流來校驗(yàn)，當(dāng)做本線路的后備保護(hù)時(shí)，要求靈敏度大于2，當(dāng)做下一線路的后備保護(hù)時(shí)，要求靈敏度大于1.5。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限與下一級(jí)線路的零序III段保護(hù)相配合。

1.2.2 零序方向電流保護(hù)（三段式）。在使用兩側(cè)電源供電的電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，如果雙側(cè)的變壓器中性點(diǎn)都存在接地的現(xiàn)象，在此系統(tǒng)線路發(fā)生短路時(shí)，零序電流從故障點(diǎn)分成兩個(gè)支路分別流向兩側(cè)接地的中性點(diǎn)。在這種情況下，就需要在三段式零序電流保護(hù)的基礎(chǔ)上，加裝方向元件來保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，就構(gòu)成了三段式零序方法電流保護(hù)。

2. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地（以完全接地為例）時(shí)基本特點(diǎn)

2.1.1 零序電壓及分布。是指單相接地并且電壓（對(duì)地電壓）為零，其余兩相的電壓（對(duì)地電壓）升高三倍，中性點(diǎn)的電壓與正常運(yùn)轉(zhuǎn)的相電壓相等但是相對(duì)位置發(fā)生移動(dòng)；這種情況下零序電壓會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生并且電壓值處處相同，數(shù)值與正常運(yùn)行時(shí)無異。

2.1.2 零序電流及分布。接地相電容電流為零，其它兩相電容電流隨對(duì)地電壓而增大3倍，由此而導(dǎo)致零序電流的產(chǎn)生；系統(tǒng)內(nèi)其他線路電流和電容的綜合與故障線路始端的零序電流相等；此時(shí)其他正常運(yùn)行線路的零序電流從母線開始流至各線路，大小為本線路的電容電流。

2.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)采用的接地保護(hù)裝置

2.2.1 絕緣監(jiān)察裝置。利用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常時(shí)沒有零序電壓，接地故障時(shí)出現(xiàn)零序電壓的特點(diǎn)，可裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。絕緣監(jiān)察裝置主要靠電壓互感器開口三角的二次線圈所反應(yīng)的零序電壓來實(shí)現(xiàn)。這種裝置的動(dòng)作是無選擇性的，能分清接地相別卻不能具體到接地線路。通常需要值班人員用依次用手動(dòng)斷開斷路器的方法進(jìn)行選線，只適合出線較少的變電站。

2.2.2 零序電流保護(hù)裝置。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中接地故障發(fā)生時(shí)，故障發(fā)生處于非故障線路相比零序電流更大，也正因?yàn)檫@一特征，從業(yè)者可以選擇配備零序電流保護(hù)裝置，其中的電流保護(hù)裝置電流大于本線路電流數(shù)即可。通過流過保護(hù)的最小零序電流來校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，此種保護(hù)一般動(dòng)作于信號(hào)。

2.2.3 零序方向保護(hù)裝置。根據(jù)故障和非故障電路始端的不同零序電流流向來對(duì)零序方向進(jìn)行保護(hù)，優(yōu)點(diǎn)在于其可選擇性。

3. 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

3.1 消弧線圈的作用

消弧線圈是一個(gè)帶鐵芯的可調(diào)的電感線圈，連接在發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)與大地之間。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈會(huì)形成一個(gè)與接地電容電流等大小，反方向的電感電流，能補(bǔ)償接地電容電流，使接地點(diǎn)的電流減小或近于零，從而消除接地故障點(diǎn)的電弧及由電弧造成的危害，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.2 消弧線圈的補(bǔ)償方式

3.2.1 全補(bǔ)償。全補(bǔ)償主要是指在消弧線圈的電流電感與補(bǔ)償接地電容電流正好相抵沒有盈余導(dǎo)致接地點(diǎn)電流為零的情況，然而這種方法在實(shí)際操作當(dāng)中很難適用。因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓不完全對(duì)稱，致使在未發(fā)生接地的情況下，中性點(diǎn)與地之間產(chǎn)生一定電壓，此電壓將引起串聯(lián)諧振過電壓，危及電網(wǎng)的絕緣。

3.2.2 欠補(bǔ)償。欠補(bǔ)償主要是指在消弧線圈中的電流電感難以補(bǔ)償接地的電流電感導(dǎo)致接地點(diǎn)存在虧欠補(bǔ)償電流電容的情況。與前者相同，此方式在實(shí)際當(dāng)中普及程度也很有限。這是由于欠補(bǔ)償機(jī)制下的系統(tǒng)一旦部分電路效率下降或者被中斷時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電容電流減少，可能造成全補(bǔ)償，也會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓。

3.2.3 過補(bǔ)償。過補(bǔ)償是指當(dāng)電感電流大于接地電容電流，接地點(diǎn)的電容電流補(bǔ)償后仍存在盈余的情況。這種方式之所以被廣泛采用原因是可以協(xié)調(diào)串聯(lián)諧振電壓。采用這種方式的條件下時(shí)，隨著電力系統(tǒng)發(fā)展，線路增加，系統(tǒng)對(duì)地電容增加后，因原有消弧線圈留有一定的裕度，仍可繼續(xù)使用。

結(jié)語 在我國，一般來說，110Kv及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)，均采用大接地電流系統(tǒng)，而3—10Kv電網(wǎng)，則為小接地電流系統(tǒng)。在大電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)由于接地故障電流較大，保護(hù)裝置均作用于跳閘。而在這種接地系統(tǒng)條件下，單相接地情況發(fā)生時(shí)電壓仍處于對(duì)稱狀態(tài)，相對(duì)電流較低，對(duì)于復(fù)合供電沒有負(fù)面影響，允許帶接地點(diǎn)運(yùn)行一段時(shí)間，因此小電流接地系統(tǒng)的接地保護(hù)裝置常動(dòng)作于信號(hào)。

[1]紀(jì)建偉 電力系統(tǒng)分析 中國電力出版社 2012年

[2]邰能靈 現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 中國電力出版社2012年

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1007-6344（2015）12-0040-01