电网中性点接地方式的探讨

常雯雪

（广东电网公司 珠海供电局，广东 珠海 519000）

1 引言

在电力体系结构中，中性点的接地模式主要有：以电气装备的中性点与地的连接模式进行明确， 电气仪器装备的中性点是发电系统中的主要装备。 现阶段国家统一使用的接地方式有以下几种： 第一种是中性点接地模式， 第二种是中性点消弧线圈， 第三种是中性点经电阻接地， 第四种是中性点直接接地模式。

现阶段，我国不同级别的电力体系中，中性点运行方式如下：（1）电压超过110kV 的电网系统中，需要重点考虑的是过电压的降低以及绝缘性能的提高， 将其中一小部分中性点的弧线降到最低，都要通过中性点的直接接地模式与手段来进行。 （2）电压在3-10kV 范围内的电网系统中，必须要考虑到供电稳定性与容易出现隐患的地方， 通常情况下必须要使用不接地的运行模式。在所连接的电流少于30A 的情况下，通过弧线圈来连接地线。（3）lkV 以下电网，必须做好绝缘工作，缩小故障范围，通过不同方式来选择接地模式，根据现场实际确定。 （4）220V、380V 的三相四线制电网，从安全用电角度考虑，中性点直接接地。

2 四种中性点接地方式的介绍

2.1 中性点直接接地手段

中性点接地体系，其实就是中性点直接连地与小电阻连电的模式，同时又称为大电流联电。

图1 中性点直接接地方式示意图

将中性点直接和地连接的优点：（1）当中性点直接接地体系出现单相接地的情况时， 非故障相的相电压不会出现任何变动。这时用电线中流动的电流是短路电流，使线路保护装置迅速动作，通过跳闸或者断路来防止事故发生变化，对系统其它部件的正常运转产生重大影响。（2）在中性点接地系统发生变化的时候，因为连地的电流量过于庞大，继电保护一般都能迅速而准确地将出现问题的线路断开，虽然保护装置简陋但是稳定性良好。

中性点直接接地模式的不足之处：（1）发电的稳定性弱，没有小接地电流体系大。 另外，其接地点处还存在很大的跨步电压与其它电压，很容易出现各种事故问题。 （2）中性点直接接地体系，在出现单相接地的时候产生的电流也会很大，干扰通讯系统的正常运行， 尤其是在电力线路与通讯线路互相平衡的情况下更为严重，因为偶合感而出现的问题，影响通讯效应。

2.2 中性点不接地方式

中性点不接地形式，也就是中性点对地绝缘，适用于农村10kV 架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。 在使用的过程中，如果出现单相接地问题，流过故障点的电流的值很小，所以又可以将其称作是小电流接地体系。

图2 中性点不接地方式的构造图

中性点不接地模式的优势：（1）构造简易，无需添加任何装备仪器，可以在很大程度上降低投资成本。 （2）单相接地不形成短路回路，所以单相接地电流小。

中性点不接地模式的不利因素：（1）由于中性点具有一定的绝缘性能，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。 当出现弧光接地的情况时，电弧会发生反复熄灭与重燃，向电容反复充电。 由于对地电容中的能量不能释放， 使得电压的数值不断攀高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，上升的幅度十分巨大，最终会影响设备的性能。 （2）如果接地运行的耗时过多，很容易造成短路问题。 同时这一问题也会使整个电网体系出现过电压现象。 如果电压过大，而且长时间如此，则在这一变化过程中，还有可能会出现两点接地故障危险，导致问题恶化。

2.3 中性点经电阻接地模式

中性点经电阻接地模式，即在中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻。 由于这一接地模式中的电阻值的大小不确定，所以完全可以将中性点按照电阻模式划分成为下面几种形式：高电阻、低电阻、中等电阻。

图3 中性点经电阻接地方式示意图

中性点经电阻接地模式的优势：在体系对地电容形成并联回路的情况下，中性点电阻就是一个能量消耗元件， 同时又是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件。 在减少谐振过电压和间歇性电弧接地过电压方面它能够发挥出很大的作用， 所以值得推广。 也可将其他类型的过电压限制到较低的水平，使发生异地两相接地的可能性减小。

中性点经电阻接地方式的缺点：（1）在通过低电阻完成接地工作时，出现问题的电流的电量会大幅度增加，导致各种问题的出现。经高阻接地电流量必须要控制在一定的范围内，通常情况下最好不要超过4～5 倍，因此高阻接地受到很大的约束。 （2）当接地断路器处于跳开状态时，供电可靠性会降低，尤其是架空线网络，频繁的分、合闸让断路设备和其他一些仪器设备处于受限状态。

2.4 中性点经消弧线圈接地方式

中性点不接地电网出现单相接地情况时，将接地点必须要经过的整个体系的对地电容电流，如果力量过大，就会导致接地弧光过电压过大，导致整体范围内的电压值升高，引起绝缘体的破损，导致各个接地线路断裂，引起停电问题。 为了避免出现这种现象，可以在中性点中加入一个电感线圈，在完成接地时就会有电流从中通过，此电流和原系统中的电容电流会相互融合，有效减少电流引起的故障问题， 将这种模式称作消弧线圈的接地模式。

图4 中性点经消弧线圈接地方式示意图

中性点经消弧线圈接地模式的优势：将这种接地模式应用到电网系统中，如果出现单相接地问题，那么经过消弧线圈的电流就是电感性电流，这种电流是对电容电流的一种补偿。 这种接地电流补偿性作用很强大，能够保障发电工作的正常进行，对电弧的重燃有很好的控制性能， 可减少高幅值电弧接地过电压出现的可能性。

该种接地模式的劣势：（1）在这种接地模式下很难找到引发事故的线路故障。 （2）消弧线圈本身是感性元件，和对地电容构成谐振回路，在具体的环境中很容易产生电压过大的问题；中性点经消弧线圈接地对弧光接地电压的水平会产生很大的影响，会导致弧光接地电压压力的上升。

3 四种接地方式的综合比较

电力系统中性点接地方式的选择原则为：电力系统过电压与绝缘配合；满足继电保护要求；保证供电可靠性；减少对信息系统的干扰。 下面对这四种接地方式进行综合比较。

3.1 电力设备和线路的绝缘水平

和不直接接地时电压的数值相比，中性点直接接地电力网的绝缘水平要明显少20%左右的量， 根据额定电压数值大小的不同，接地设备的绝缘程度在经济效益上也有明显的降低。当电力系统中的电压超过110kV 时， 变压器等电气设备的造价大约与绝缘水平成比例增加，当电力系统中电压的大小超过3～10kV时，绝缘水平较其它情况下也要大很多。

3.2 继电保护动作可靠性

中性点不接地或经消弧线圈接地的体系中，单相接地只有少量的电流通过， 对此采取一定的保护措施可能具有很大的难度；中性点直接接地的电力系统中，接地电流较大，对其进行保护简单易行，系统稳定性较好。

3.3 供电的可靠性

在电力系统中单相接地体系具有很大的可选择性。 中性点直接接地系统单相接地电流很大，而且加强的速度比较快，对供电的稳定性有着很大的影响。 当出现一些小规模的问题时可以及时进行弥补与调整，不过在短时间内很容易造成巨大的冲击，造成各种仪器装备的损耗。 另外，因为容易出现跳闸等问题，所以需要多次对其进行维修检查。 中性点不接地、中性点经电阻接地和中性点经消弧线圈接地等小接地电流系统都可以防止出现这种问题，出现问题的时候还可以持续运行1～2h，可在这段时间段内将所有的问题全部排除。

4 500kV 国安站的中性点接地方式介绍

随着电网体系的不断扩展， 终端电网体系的不断增大，国内500kV 电网在2010年前后都会变成密集型的双/多环网，会出现以下问题：（1）体系的不断增大，网络系统牢固性的增加，紧密性程度的加重，都会导致短路电流量的增加。 （2）规模巨大的发电厂多台升压变压器中性点直接死接地， 使本站或附近变电站的零序电抗急剧下降，导致单相短路电流增大，会大于或接近于三相短路电流。

就国安站而言， 也出现了以上问题。 国安站及近区主要500kV 变电站中500kV 及220kV 母线短路电流如表1 所示。

表1 2011年国安站及近区各500kV 站短路电流 单位：kA

国安站、桂山站正常方式下均是两台主变合母运行，其中国安220kV 母线三相短路电流为44.1kA， 单相短路电流达到51.7kA，超过50kA，并高于三相短路电流7.6kA。 桂山站三相短路电流为42.4kA，单相短路电流为51.0kA，超过50kA，同时高于三相短路电流8.6kA，均需采取措施，降低单相短路电流。

“十二五”期间，国安站近区新增500kV 加林站、上稔站以及台山核电站。加林站投产后，珠海电网通过4 回500kV 线路与主网相连，与中山电网之间具备220kV 电网解环运行的条件。珠海电网与中山电网断开220kV 联络， 珠海地区考虑将国安站和加林站合成一个供电区，通过珠海～国安双回线路联络运行。 该运行情况下，国安站220kV 三相短路电流为46.1kA，单相短路电流为52.4kA，大于三相短路电流，且超过国安站220kV 侧断路器的开关容量，需采取措施降低国安站的单相短路电流水平，提高珠海电网供电的灵活性及可靠性。

综上所述， 为限制2011年、2015年国安站单相短路电流，提高国安站及珠海电网近区供电可靠性， 增强国安站短路电流水平对电网发展的适应性， 提高国安站及中珠电网运行方式的灵活性，有必要在国安站主变中性点加装小电抗，限制220kV 母线的单相短路电流。

由图可见，接地方式采用的电气接线为：变压器中性点接小电抗，在小电抗前并联放电间隙、避雷器保护，在小电抗两端装设旁路刀闸。 可以通过旁路刀闸转换到直接接地，从而变压器可以实现直接接地和小电抗接地之间的切换， 同时可用于小电抗的检修维护。 远期电容隔直装置通过隔离刀闸串联在小电抗后，若小电抗故障或需检修，通过闭合旁路刀闸退出小电抗，不影响电容隔直装置的运行。

图5 中性点经小电抗接地方式示意图

表2 2011年国安站主变小电抗容量分析结果 单位：kA

由表2 可见，对于降低500kV 单相短路电流，中性点经小电抗接地效果不明显。 但是，在500kV 变电站220kV 侧单相短路通过的电流量需要被加以控制的情况下， 采用中性点经小电抗接地是可以达到理想效果的最佳措施， 具体数值的大小可以控制在高、中压Uk%值的1/10～1/3 的范围内。 所以，通常情况下，中性点绝缘水平大约相当于由原来死接地的35kV 级提高到63kV 级，能够满足实际发电所需。 所以，当自耦变压器中性点经小电抗接地后，各种数值就会发生变化，其高、中、低压三个绕组的零序电抗都会对电阻的大小产生很大的阻碍。

5 结语

中性点接地模式关系到方方面面的问题，能够保证供电系统的安全性、可靠性以及设备状况的稳定性，对于电压保护，电磁兼容等方面的问题都可以进行很好的处理，对电力系统的设计与运行有着重大作用。 因此，对中性点接地方式选择时，应根据实际需要具体分析，尽可能做到既满足供电系统的要求，又达到节省投资的目的。

[1]刘庆，徐瑜.关于10kv 配电系统中性点经小电阻接地方式的探讨[J].电气开关，2007（03）.

[2]毛敬伟.浅析电力系统中性点不同工作方式下的单相接地[J].科学之友，2008（05）.

[3]刘江.供电系统中性点接地方式的探讨[J].电子科学，2009（20）.