2 中性点接地.doc

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1、 2、中性点接地 中性点点接地是较复杂的问题，它涉及的面很广，当电气工程师讨论中性点问题时，其观点也各不相同。已有专门论述中性点的教科书，在此仅打算作为一个章节来论述中性点问题，主要论述它对变压器设计和运行的影响。每个国家对中性点的布置各不相同，即使在同一国家，不同电力部门间的布置也不一样。经过一段时期后，每个电力部门都要重新检验过去对中性点的布置，有时还需要做一些细节上的变动。对变压器设计人员来说，系统中性点的接地方式可以分为三种方式。 中性点死接地 中性点通过阻抗接地 中性点不接地 由于第三种方式有一定缺点和不利因素，所以很少应用，在变压器设计时仅仅需要考虑前两种接地方式。 本节的主要目的

2、是回顾英国电力部门规定的中性点接地条例，各称为“电力供电条例1988”。 以上条例是根据条例1937和“电力(架空线)条例1970”及“电雷击(条例)1899”修订，这些条例主要代表一种合理化建议和最新进展，而不是中性点接地方式的变化。“电力供电条例1988”的第2部分包括与接地有关的措施如下： 凡是额定电压高于50V的系统均应接地。 高低压系统的接地方式互不相同。 大于50V但低于1000V的低压系统接地方式参照415V电网。对高压系统来说，凡超过规定的电压值则应当接地，但没有规定接地方式。对低压系统来说,“任何对地线路都不能接入阻抗除非需要对开关装置、仪表、控制或无线电遥测装置等进行操作时

3、”，换言之，低压系统必须死接地。在某些场合，保护性多重接地系统适用于415V配电网络。在低压系统中，允许保护性多重接地，但要求一定要死接地，“合理的接地位置是在电源处或其附近”。 2.1、高压系统接地 如上所述，英国立法规定，所有电力系统都应接地，因此对技术上优缺点的讨论则是学术性的讨论。然而，最重要的是要完全弄清楚中性点接地的意义,可以归纳出以下几点。 2.1.1、高压系统接地的优点 系统接地故障可导致线对中性点的短路故障。中性点不接地的高压系统出现的高压振荡很容易对系统造成严重破坏，如果系统中性点接地，将会使高压振荡降到最低限度，因此，大大提高了系统对地的安全因数，这一理论也适用于应用广泛

4、的架空线或地下电缆。 在系统发生接地故障的情况下，接地中性点可以使自动保护快速动作发挥作用。在高压网络中，大多数线路故障均是接地故障，特别是在布设有地下电缆的情况下，中性点不接地时，接地故障通常是以弧光接地的形式出现。对于多心电缆来说，接地故障最终会导致相间短路。中性点接地时，若设有灵敏的接地故障保护装置，则可使故障线路在故障早期阶段被切除。 如果中性点死接地，任何带电导线电压都不会超过线对中性点的电压。在这种情况下，中性点电压为零，可以明显地降低电缆和架空线对地绝缘，从而节约成本，也可以采用分级绝缘方式降低变压器绝缘，使高压绕组到中性端的绝缘得到降低。在英国，对132kV及以上的电压系统均采

5、用分级绝缘的方式。 在中性点不接地的系统中，如果一相出现接地故障，另两相的对地电压则会上升到线电压水平，并且一直保持到故障消失。在这两相上连接的所有设备绝缘都要能承受这种较高电压的作用，虽然这些设备可以耐受某些过电压，但在这种情况下，最终还是会被损坏。在超高压系统中，由于电容的作用，未发生故障的两相电压最初可能会达到额定线电压的两倍。这种现象与在线路中接入纯电容所发生的电压现象相同，系统绝缘也将承受相应的过应力。在非接地系统中，即使线电压和线对中性点电压保持额定电压，任何线路的对地电压都可达到对地绝缘的击穿值。在有架空线的电力系统中，由于电容的作用，上述情况很容易发生，这是因为架空线要经受来自

6、邻近带电云层、灰尘、冰雹、雾和雨的静电感应。如果不采取措施限制这些感应电荷，它们将会不断积累，使与线路和线路上连接的设备达到很高的悬浮电位，直到线路设备绝缘产生对地击穿、间隙或电涌放电器放电。 如果中性点事先争先直接接地或通过限流器接地，就可以将感应静电荷导入大地，从而消除了故障对线路和设备绝缘的所有破坏。中性点死接地系统任何部位的对地电压都不会超过线对中性点的额定电压。 2.1.2、高压接地系统的缺点 高压接地系统的唯一缺点是起始端首次接地，这就增加了接地故障的机率。对很长的架空线来说，特别是频繁出现雷击的区域更是如此；但是这种故障一般均是瞬变故障，当线路被断开，故障便会立即消失，线路延时重

7、合闸装置动作后系统很快恢复供电。 显然，接地系统的优点远远多于缺点，对变压器设计人员来说，目前接地系统的最主要优点是可以采用分级绝缘。 2.1.3、多点接地 电力供电条例1988和在此之前的条例之间有一个明显的差别是多点接地的位置。在条例1937中规定，每个系统只能是一点接地，并且规定除非经电力委员会及电力部门最高领导的同意，否则互相连接的多系统也只能一点接地，在那时，电信部门亦受法规制约。规定系统一点接地的原因是，如果系统多点接地将会导致谐波电流在多个接地点间流通。三相系统的三次谐波电压同相，因此，如果系统两点同时接地，三次谐波电压将会产生谐波电流，特别是高次谐波电流会对无线电通信造成干扰，

8、这就是之所以需要规定系统必须一点接地的原因。虽然通过调节电流的方式可打破一点接地的局限，但要求供电系统不能引起无线电通信设备干扰。欧共体制定的电磁兼容性标准规定了消除干扰的基本措施，并且规定电力用户应该保证其电力设备不能引起电磁干扰，电力用户的责任是如何研究出成熟的技术方法，以实现系统的多点接地。在这种情况下，用户可以采用三次谐波抑制器抑制干扰，这种装置通常在某接地的中性点处接入电抗器，在50Hz或60Hz电流下，它的阻抗最低，对较高次谐波电流来说，其阻抗也越高。 2.1.4、变压器中性点死接地或通过阻抗接地 如上所述，对高压系统的接地方式并未作出规定。根据实际情况，如果需要进行分级绝缘，则必

9、须要保证中性点电压维持在故障状态的最低水平，这种情况需要采用死接地方式。分级绝缘的经济效益性明显体现在132kV及以上变压器系统中，因而英国132kV和以上系统都采用中性点死接地。在没有经济赔偿的情况下，采用接地阻抗是可行的。就变压器绝缘而论，所有系统都可定为高压系统，实际上这意味着从3.3kV至66kV电压范围均包括在内。 下面要考虑接地阻抗对系统是否有利，如果有利，应具体考虑如何选取阻抗类型和阻抗值。在解决这一问题时，要考虑为什么要采用接地阻抗，其主要原因是在接地故障条件下，接地阻抗可限制故障电流，因此，极大的降低了故障部位受破坏的程度。根据这一逻辑推理，只要采用高阻抗值就行了，但问题是在

10、某些接地故障条件下，故障本身便有很高的阻抗，若采用高阻抗值，则会使保护装置动作迟缓。一般情况下，选择阻抗值时应使系统满载时的线电流与发生接地故障时的零序电流相等。例如，用容量为60MVA的变压器为33kV电网供电时，33kV中性点的接地阻抗值需使接地故障电流达到以下数值： 英国电力工业实际上采用了较低的接地故障电流极限。因此，对30MVA、33kV变压器的接地阻抗应能允许通过750A故障电流，而不是525A。其他供电公司则希望这一限值达到一个方便的整数值，比如1000A。 2.1.5、三角形联结变压器的接地 在以上实例中，将33kV电网供电的变压器一次侧联结到132kV，并且采用分级绝缘，它的

11、高压绕组呈星形联结并且中性点死接地。三角形联结的33kV侧绕组则不能构成中性点接地系统，在这种情况下，必须采用辅助装置人为地引出中性点，一般采用曲折形中性点接地变压器，极特殊的情况下也可采用星形/三角形联结的变压器。 图5和图6分别示出了两种接地方式。曲折形联结是一种1：1的自耦变压器，其绕组排列方式是使绕组在正常运行条件下，每个绕组保持线对地电压，当中性点接地线路发生接地故障时，单相故障电流的阻抗值最小。在正常运行条件下，通过绕组的电流仅仅是接地变压器的励磁电流，设计的绕组应能够承受最大故障电流30s。此装置在结构上完全与油浸三相心式变压器相同。 图5、曲折形中性点接地变压器 a)、限流电阻

12、器接在中性点；b)、限流电阻器接在线端 图6、三相星形/三角形中性点接地变压器 a)、限流电阻器接在中性点；b)、限流电阻器接在线端 曲折形中性点接地变压器是最常采用的一种变压器接地型式，它可有人为引出的中性点，也可选择普通的一次绕组为星形联结的三相心式变压器，并且中性点接地。线端联结到三相线路，二次绕组联结到封闭的三角形绕组，而其他情况下中性点不接地。一般情况下，变压器仅仅通过励磁电流，但在故障条件下三角形联结的绕组为故障电流流通到变压器一次侧的三相提供了通路。由于一次侧和二次侧故障安匝平衡，所以这种接法对电流具有较低的阻抗。 此变压器与曲折形接地变压器外形相同，它的结构与普通电力变压器极其

13、相同。 安装故障限流电阻器的目的是限制故障电流，可以将故障限流电阻器连接在以上两种类型的接地变压器中性点和地之间，也可以安装在接地变压器线路端子之间和线路之间。前一种方式，一方面需要安装一个电阻器，必须将此电阻器设计成能够承受总的故障电流，而电阻器的绝缘必须能够承受系统的相电压；另外，在故障条件下，接地变压器绕组的中性点对地电压将升到接地电阻器电压降的水平，变压器绕组绝缘必须能承受线路对地的全电压。在任何情况下，均可采用后一种方式，但最好避免采用接地电阻器，以免接地变压器绕组承受不可避免的瞬时过电压。一方面，因为变压器绕组是最容易被损坏的部分，如果将接地电阻器接在接地变压器端子和线路之间，而不

14、是中性点和地之间，不仅可以达到限制故障电流的目的，而且还会使接地变压器中性点始终处于零电位，这样绕组便可以不承受任何高电压的冲击；另一方面，接地电阻器必须承受线路全电压，这一点较容易实现，并且是较经济的做法。对于相同的故障电流和具有相同电压降的电阻器来说，接地变压器端子和线路间电阻器的电阻值是安装在中性点和地之间电阻器电阻值的3倍，但接在线路中的每个电阻器的额定电流却是接在中性点电阻器额定电流的1/3，这是因为在故障条件下，线路中的3个电阻器呈并联状态。 2.1.6、接地阻抗值 对以上所述的布置方案来说，用简单的欧姆定律便可确定出所需的电阻大小： 2.1.7、中性点接地装置 高压中性点接地采用

15、的最普遍装置是液体接地电阻或LNER。这些电阻器均较便宜、耐用并且容易制作，它们可通过高达1500A的接地故障电流，一般来说，设计成可承受30s的故障电流。接地电阻器的电阻值是系统对地电压和可允许的故障电流的函数。充液电阻器的缺点是需要始终充满液体，保持电解状态和适当的强度，在热气候下，负载会稍有增大，在冬季则需要用加热器防止其冷冻。相比之下，有时认为金属电阻器更好。这些电阻器可采用铸压网格或不锈钢丝绕制的模，可以进行串联和并联，以保证得到需要的额定电压和电流。这些接地电阻器有很高的可靠性和坚固性，唯一的缺点是造价高。 接地电阻也可选择消弧线圈。消弧线圈最先由W.皮特森于1916年提出，一般称消弧线圈。采用消弧线圈的好处是能够使电力系统的未接地系统免遭接地故障电流的破坏。具体做法是，将电抗器连接在变压器中性点和地之间，线圈的电抗与电力系统电容相匹配。 如上所述，高压网络的故障主要是接地故障，而这些接地故障大多数是相对地间产生电弧。由于采用消弧线圈，间歇性故障可自行消除，这归因于系统电容和消弧线圈的电感产生谐振，可使故障部位的超前和滞后分量达到平衡，剩下的很小接地电流便足以维持电弧的存在。由于电弧与故障导线的电压同相，因此两者在同一瞬时为