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1、 第 页 共 8 页引言引言近年来随着我国经济持续快速的发展和生活质量的改善，社会现代化程度的不断 提高，科学技术的不断发展，电能被广泛地应用到各个领域，电力消费水平大幅提高。 电力工业已在社会主义现代化建设中占有十分重要的地位，世界上已把电力工业发展 情况，作为衡量一个国家现代化水平的标志之一。 大家知道，在三相系统中都有中性点，但有的中性点接地，有的不接地。这是因 为电力系统除正常运行情况外，往往会出现各种故障，其中最常见的是单相接地故障。 为了处理这种故障，根据不同供电系统的情况，将中性点采用不同的运行方式。目前， 我国供电系统中常见的中性点运行方式有三种：不接地、经消弧线圈接地和直接接
2、地。 前两种又称非直接接地。 中性点采用的运行方式不同，会影响到供电系统许多方面的技术经济问题。如供 电的可靠性、电气设备和线路的绝缘水平、对通讯系统的干扰、继电保护的正确动作 等。因此，中性点采用什么样的运行方式，实际上又是一个涉及到供电系统许多方面 的综合性技术问题。1 1 概述概述中压电网以 35KV、10KV、6KV 三个电压等级的电压应用较为普遍，其均为中性点 非接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得 系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设 备设计规范中规定 35KV 电网如果单相接地电容电流大于 10A，3KV1
3、0KV 电网如果接 地电容电流大于 30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而城市电网规划设计 导则 （施行）第 59 条中规定“35KV、10KV 城网，当电缆线路较长、系统电容电流较 大时，也可以采用电阻方式” 。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观 点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电 网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决 策问题。2 2 中性点不同的接地方式与供电的可靠性中性点不同的接地方式与供电的可靠性在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经 消弧线圈或电阻接地系
4、统） 。在中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，不需要立 即断开故障部分，不必中断向用户供电，因而提高了供电的可靠性，这是这种系统的 主要优点。但是，必须在较短的时间内，一般允许继续运行两小时，迅速发现并消除 接地故障，以免由于未接地相对地电压长期升高，而发展成为多相接地短路。所以在 这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，而且应装设交 流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号通知值班人员。 当线路不长，电压不高时，接地电流数值较小，接地电弧一般均能自动熄灭，特 别是在 35KV 以下的系统中，绝缘方面投资增加不多，而供电可靠性较高的优点突出， 中性点采用不接
5、地运行方式较合适。但当电压高、线路长时，接地电流值较大，可能 产生稳定电弧或间歇性电弧。而且电压等级较高时，整个系统绝缘方面的投资大为增 加，上述优点便不复存在。目前我国中性点不接地系统的适用范围如下： (1)压在 500V 以下的三相三线制装置； (2)310KV 系统当接地电流 Ic30A 时； (3)2060KV 系统当接地电流 Ic10A 时；第 页 共 8 页(4)与发电机有直接电气联系的 320KV 系统，如要求发电机带内部单相接地故障 运行，当接地电流 Ic5A 时。 当中压电网不能满足以上条件时，通常采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点 经小电阻接地的运行方式。我国采用经消弧线
6、圈接地方式已运行多年，但近几年有部 分区域采用中性点经小电阻接地方式。我国规定，凡不符合采用中性点不接地运行方 式的 360KV 系统，均可采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。对于中性点不接地 系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式，为此本 文对这两种接地方式作以分析。2.12.1 中性点经电阻接地方式中性点经电阻接地方式中性点经电阻接地方式在国外从上世纪 40 年代已开始使用。 世界上主要以美国 为主的部分国家采用，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性， 而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。1995 年华力特电 气公司率先从
7、美国 PGR 公司引进中性点接地电阻，先后在深圳，上海，北京，天津， 江苏，福建等地区供电局及石化，钢铁，地铁，发电厂行业使用。电网中性经电阻接 地方式，目的是限制接地故障电流。中性点经电阻器（每相零电阻 R 0 X c0 每相 对地容抗）接地，可以消除中性点不接地和消弧线圈接地系统的缺点，即降低了瞬态 过电压幅值，并使灵敏而有选择性的故障定位的接地保护得以实现。由于这种系统的 接地电流比直接接地系统的小，故对地电位升高及对信息系统的干扰和对低压电网的 反击都减弱。因此，中性点电阻器接地系统具有中性点不接地及经消弧线圈接地系统 的某些优点，也多少存在这两种接地方式的某些缺点。按限制接地故障电流
8、大小的要 求不同，分高、中、低值电阻器接地系统，它们具体的优缺点亦不同。2.1.1 中性点经高值电阻的接地方式的优缺点中性点经高值电阻接地系统是限制接地故障电流水平为 10A 以下，高电阻接地系 统设计应符合每相零序电阻 R 0 X c0 （每相对地容抗）准则，以限制由于间歇性 电弧接地故障时产生的瞬态过电压。其优缺点如下： (1)可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，在 2.5P U 及以下； (2)接地电流水平为 10A 以下，减小了对地电位升高； (3)接地故障可以不立即清除，因此能带单相接地故障相运行； (4)使用范围受到限制，适用于某些小型 6 10KV 配电网和发电厂厂用电
9、系统。2.1.2 中性点经中值电阻的接地方式的优缺点采用中性点中值电阻的接地方式可以克服高值和低值电阻的接地方式的弊端。其 接地故障电流控制在 50 100A ，仍保留了内过电压（含弧光过电压、谐振过电压 等）水平低、对地电位升高不大、正确迅速切除接地故障线路等优点，但具有切除接 地故障线路间断供电等缺点。第 页 共 8 页2.1.3 中性点经低值电阻的接地方式的优点中性点经低值电阻接地系统是限制接地故障电流水平为 100 1000A，系统单相 接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容 易检除接地线路。健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压
10、 水平可以按相电压来选择。2.1.4 中性点经低值电阻的接地方式的缺点由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的 绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。当发生单相接地故障时，无论是永久性的 还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正 常供电，使其供电的可靠性下降。2.22.2 中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式1916 年发明了消弧线圈，并于 1917 年首台在德国 Pleidelshein 电厂投运至今， 已有 84 年的历史，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、 前苏联和瑞典等国的中压电网均长
11、期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济 运行水平。 采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较 小，其特点是当线路发生单相接地故障时，可不立即跳闸断开故障部分，不必中断向 用户供电，按国家规程规定电网可带单相接地故障运行 2 小时。从实际运行经验和资 料表明，当接地电流小于 10A 时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地 点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧则自动熄灭。对于中压电网中日益增加的 电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地 故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高 于中
12、性点经电阻接地方式。2.2.1 中性点经消弧线圈接地方式存在的问题近年来，随着我国电力工业的迅速发展，城市配电网的结构变化很大，在馈电线 路中电缆所占的比重越来越大，我国城市配电网中性点经消弧线圈接地运行方式的一 些问题日渐暴露。随着配网电容电流的迅速增大，很难保证消弧线圈在一定脱谐度下 过补偿运行。主要原因为： (1)消弧线圈的调节范围有限，一般为 1 ： 2 ，不适合工程初期和终期的需要； (2)消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流误差较大，有些甚至可达 15% ，运 行 中就发生过由于实际电流值与铭牌数据差别而导致谐振的现象； (3) 计算电容电流和实际电容电流误差较大，多数变电站是电缆
13、和架空线混合的 供电网络，准确而及时的掌握配电线路的长度是很难做到的，而且电缆型号繁多，单第 页 共 8 页位长度的电容电流也不尽相同； (4) 有些配电网在整个接地电容电流中含有一定成分的 5 次谐波电流，其比例高 达 5% 15% ，即使将工频接地电流计算得十分精确，但是对于 5% 15% 接地电 容电流中的谐波电流值还是无法补偿的。 电缆为主配电网的单相接地故障多为系统设备在一定条件下由于自身绝缘缺陷造 成的击穿，而且接地残流较大，尤其是当接地点在电缆时，接地电弧为封闭性电弧， 电弧更加不易自行熄灭（单相接地电容电流所产生的弧光能自行熄灭的数值，远小于 规程所规定的数值，对交联聚乙烯电缆
14、仅为 5A ） ，所以电缆配电网的单相接地故障多 为永久性故障。由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接地 永久性故障后，接地故障点的检出困难，不能迅速检出故障点所在线路。这样，一方 面使系统设备长时间承受过电压作用，对设备绝缘造成威胁，另一方面，不使用户断 电的优势也将不复存在。 在中性点经消弧线圈接地系统中，过电压数值较高，对设备绝缘造成威胁。单相 接地故障点所在线路的检出，一般采用试拉手段。在断路器对线路试拉过程中，有时 将产生幅值较高的操作过电压。中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比， 仅能降低弧光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压的幅值。中性点
15、经 消弧线圈接地的系统在某些条件下，会发生谐振过电压。由于上述原因，另外由于电 缆为弱绝缘设备，例如 10kV 交联聚乙烯电缆的 1 分钟工频耐压为 28kV ，比一般设 备低 20% 以上，所以电缆在单相接地故障在故障点检出过程中，由于工频或暂态过电 压的长时间作用，常发展成相间故障，造成一线或多线跳闸。 当系统发生接地时，中性点经消弧线圈接地方式虽能有效地减小单相接地故障时 接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，但由 于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接 地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已
16、接地的故 障线路。 因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能 调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网 电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭 及过电压问题。2.2.2 中性点接地方式对供电可靠性的影响众所周知，配电网中性点经消弧线圈接地方式与中性点经小电阻接地方式相比， 最大的优点是在发生单相接地故障时，如果是瞬间故障，当系统电容电流或经消弧线 圈补偿后的残余电流小到自行熄灭的程度时，则故障可自行消除，如果是永久故障， 该系统可带单相接地故障运行 2 小时，获得足够的时间排除故障，以保证对用户的不 间断供电。但这一优点在以电缆为主的城市配电网中并不突出。电缆故障的原因，从 统计情况看，主要是绝缘老化、电缆质量、外力破坏等，一般都是永久性故障，当发 生接地故障时不应带故障运行。从实际运行情况看，在以电缆为主的配电网中，中性 点
