知識！電力系統中性點接地的三種方式

DQZHAN技術訊：知識！電力系統中性點接地的三種方式

電力系統的中性點接地有三種方式：

有效接地系統（又稱大電流接地系統）

小電流接地系統（包含不接地和經消弧線圈接地）

經電阻接地系統（含小電阻、中電阻和高電阻）

（本文轉載自微信公眾號：電力筆記 微信號:dianlibiji  作者：電力筆記編輯部）

大電流接地系統

用于110kV及以上系統及。該系統在單相接地時，另外兩相對地電壓基本不變，系統過電壓較低，對110kV及以上系統抑制過電壓有利，但此時接地電流很大，運行設備很難長時間通過此電流，接地相對地電壓很低，甚至為零，系統電壓嚴重不平衡，許多電氣設備無法正常工作，必須及時切除接地點。大電流接地系統要求部分主變的中性點接地，避免單相接地時短路電流過大。這些主變必須有一個三角形接線的繞組，以構成零序通路，降低零序阻抗。主變的零序阻抗一般為正序阻抗的1/3，線路的零序阻抗一般為正序阻抗的3倍。

作為220kV樞紐變電站的主變必須并列運行。其中一臺主變的220kV側中性點和110kV側中性點必須直接接地，其他主變中性點通過間隙接地。好處是110kV側零序阻抗穩定，有利于該110kV系統零序定值的計算和整定，零序過流保護的保護范圍變化很小，容易保持其階梯特性；未220kV系統提供穩定的零序電源，保持220kV系統零序保護的方向性和穩定性。主變220kV側中性點和110kV側中性點均加裝間隙保護，保護動作跳開各側斷路器。

作為220kV負荷變電站的主變必須分列運行。此時所有主變的220kV側中性點必須通過間隙接地，110kV側中性點全部接地運行。所有主變不能相220kV系統提供零序電流，110kV側零序阻抗穩定。主變220kV側中性點加裝間隙保護，保護動作跳開各側斷路器。

作為鏈式接線的220kV變電站，其220kV側母線并列運行并有兩個電源。雖然主變分列運行，但必須有一臺主變的220kV側中性點直接接地，其他主變的220kV側中性點通過間隙接地。110kV側中性點必須全部直接接地。主變220kV側中性點加裝間隙保護，保護動作跳開各側斷路器。

目前運行的110kV變電站全部主變均分裂運行，其電源側母線為單電源。所以主變110kV側中性點通過間隙接地，并且不再加裝間隙保護。

0.4kV系統均采用大電流接地運行。對于Y/Y0接線的變壓器，零序阻抗很大。雖然接入的負荷多為單相負荷，由于每個負荷較小，并不一定會造成三相負荷電流嚴重不一致（中性點電流小于額定電流的25％），不會造成三相電壓嚴重不平衡。但當線路出現對地短路時，短路電流較小，往往不能使斷路器（空氣開關）跳開或熔斷器熔斷，致使事故擴大，許多情況下形成火災。此時應在變壓器中性點引線處加裝過流保護，跳開高壓側斷路器。顯然這是比較復雜的。

使用△/Y0接線的變壓器，可以克服這一缺點。但充油變壓器的分接開關制作比較困難，尤其是有載分接開關。△/Y0接線的變壓器雖然有零序阻抗低，三相電流不平衡時電壓差異不大的優點，但是用時中性點電流仍不得超過額定電流的60％。為此315kVA及以下中小容量的變壓器（尤其是充油變壓器）多采用Y/Y0接線，而315kVA以上的變壓器（尤其是干式變壓器）多采用△/Y0接線。

目前，大型建筑物中供電多采用三相五線制，比原來的三相四線制多出一根地線。地線和零線在低壓屏（或變壓器）處是連在一起的（小電阻接地系統另有說明），從低壓屏引出時分為兩線。零序可接入單相負荷，會有工作電流，地線由于沒有工作電流，其電位始終與大地一致。為保證地線與大地的電位一致，還需按規定進行重復接地。而零線則不應再接地，更不能再與地線相連，避免地線中產生工作電流。電氣設備的金屬外殼均應與地線相連。當電氣設備絕緣損壞時，與地線形成回路，嚴重時造成保險絲熔斷或空氣開關跳開，而外殼電位基本不升高，對人身**不會產生威脅。

小電流接地系統

系統的中性點全部不接地時，無論是架空線還是電纜，在正常運行時均有一三相對地基本相等的電容。由于容抗基本相等，所以三相對地電壓基本相等，中性點的對地電壓很低（不超過2％系統額定電壓）。當其中一相接地時，接地相對地電壓降低（金屬性接地時為零），非接地相對地電壓升高（金屬性接地時為線電壓），金屬性接地時接地點的電流為每相對地電容電流的3倍。系統中若接有測量對地電壓的電壓互感器，其輸出電壓為額定電壓(開口三角有固定接法)。根據這個電壓的高低,可以判斷系統是否發生了單相接地。由于接地點只有電容電流，系統可以長期運行。但接地點的跨步電壓會對周圍人員的生命**（20米內）產生很大的威脅，此外系統中監視對地電壓的電壓互感器是按堅持8小時設計的。因此應盡快找出接地點并將其從電網中切除。接地點接觸不牢固時會產生電弧。由于電弧電流不大，當導線遠離接地點時電弧不能維持，會自動熄滅。間歇電弧電流會引起系統過電壓，電弧電流不大時，過電壓會限制在系統允許的范圍內。

當此系統規模增大時，單相接地的電容電流也迅速增加，當接地點產生電弧時電弧不易熄滅，間歇電弧電流引起的系統過電壓會超過系統允許的范圍，造成設備絕緣擊穿，構成事故。

為了避免產生系統不能允許過電壓，并且使接地點的電弧容易熄滅，在中性點對地加裝一個電抗器，讓其產生的電感電流抵消接地點的電容電流，使接地點的接地電流下降，過電壓幅值降低到系統能夠忍受的程度，并利于滅弧。這個電抗器被成為消弧線圈。電感電流大于電容電流的系統成為過補償系統，電感電流小于電容電流的系統成為欠補償系統，電感電流等于電容電流的系統成為全補償系統。沒有特殊措施，全補償系統在系統沒有單相接地時會產生諧振，系統無法正常運行。欠補償系統在系統發生切除一段線路時可能接近全補償，一般很少使用。過補償系統在運行時必須使消弧線圈的工作電流超過系統電容電流的10％，并且不超過10A，否則運行相當困難。

許多系統的電源為變壓器的三角形接線側，沒有中性點可引出。此時系統應安裝可提供零序電流的接地變壓器。接地變壓器有兩種：一種是將變壓器星形接線繞組的中性點引出，另一側繞組接為三角形；另一種是采用曲折形接線變壓器（Z形變）。接地變壓器只帶消弧線圈時容量不小于消弧線圈容量。

通常有多個分接，在相電壓下產生不同的電流，以對應不同的系統情況。由于我們并不要求系統單相接地長期運行，消弧線圈的設計一般在*大電流分接運行2小時，或上層油溫（充油）繞組溫度（干式）不超過允許值。所以消弧線圈必須裝設測量上層油溫（充油）或繞組溫度（干式）的溫度計并帶有報警接點，無人站應有遠傳裝置。

當系統發生變化（增加或減少線路長度）時消弧線圈的分接應按規定（過補償、欠補償）跟隨調節。目前電網發展和變化速度較快，至使許多小電流接地系統的對地電容電流變化很快，人工操作頻繁。隨著電網進一步擴大，電容電流也超過100A，消弧線圈的工作電流超過系統電容電流的10％并且不超過10A的目標無法實現。于是人們開發了自動補償消弧線圈。簡單介紹兩種：

一予調諧式（予置式）

它由帶有載分接開關的消弧線圈、單相PT、帶短路開關的電阻柜及控制器組成。運行前短路開關在分閘位置，控制柜帶電后，在消弧線圈上注入一個特殊頻率的電壓，由單相PT和消弧線圈內附CT測量其中性點電壓和電容電流分量，計算系統電容電流值。控制器將消弧線圈分接自動調整到與系統電容電流*接近的分接。由于此時回路串有電阻，諧振不能發生。控制器不停的測量系統電容電流。當系統電容電流變化時，控制器自動調整消弧線圈分接與系統電容電流接近。當系統單相接地（母線PT開口三角電壓達到30V以上）時，控制器將電阻用開關短路，消弧線圈電流可以抵消接地點電容電流，接地點電流很小，可迅速滅弧。系統接地恢復后，控制器斷開開關短路，電阻限制系統諧振。

二跟蹤式

它由一個帶短路線圈的變壓器、可控硅及消除諧波裝置柜和控制器組成。變壓器在短路線圈開路時一次線圈的電流很小，為變壓器的空載電流。短路線圈短路時一次線圈的電流就是消弧線圈的額定電流。控制雙向可控硅的導通角可調整短路線圈的短路程度，進而調整消弧線圈的工作電流。整個裝置運行后控制器通過不停變換可控硅的導通角，得到不同的弧線圈的工作電流點，再經過測量該電流點的中性點（開口三角電壓）電壓，計算出系統的電容電流，并進行記憶。系統的電容電流變化時控制器隨時測量并改變記憶。系統發生單相接地（母線PT開口三角電壓達到30V以上）時，可控硅導通角按記憶迅速開通，接地點電容電流被補償接近為零。電弧可迅速熄滅。系統接地恢復后，可控硅關閉。

經電阻接地系統（含小電阻、中電阻和高電阻）

城市電網以電纜為主。特點是電容電流很大，經常達到100A以上。人口密度極高，單相接地時跨步電壓容易傷害人員。所以使用經電阻接地系統。10kV中性點對地接入5－10Ω電阻為小電阻系統，接入幾十－100Ω電阻為中電阻系統，接入幾百－1000Ω電阻為高電阻系統。經電阻接地系統發生單相接地時接地相對地下降（金屬性接地時為零），非接地相對地電壓升高（金屬性接地時為線電壓），接地點電流為電容電流和經電阻限制的阻性電流之和。經保護判斷后斷路器將接地點與系統斷開。隨著中性點接入電阻從小變大，單相接地時產生的過電壓逐漸增高。目前北京地區10kV系統使用的是小電阻接地系統，中性點電阻為10Ω。

小電阻接地系統運行時不得將接地電阻退出運行，也不得將兩個接地電阻長期并列運行。目前北京地區10kV系統均使用接地變接入中性點電阻。接地變的接入有兩種方式。一種方式是接入母線。這種方法在倒閘操作時比較復雜。10kV母線帶電前先投入中性點電阻在投入主開關。中性點電阻保護動作后切除10kV主開關，10kV主開關輔助接點切除中性點電阻開關。因此在10kV主開關輔助接點回路中必須加裝壓板，無人變電站還需串連一個遙控接點。另一種方式是接入主變10kV引線，只加裝單獨CT和保護，不再加裝斷路器（單獨的接地變和電阻可裝在主變附近）。這種方法是在三卷變壓器采用此種接線時發生接地變事故將切除變壓器，使中壓側停電（可自投）。

小電阻接地系統單相接地時接地電流以阻性為主。因此判斷電流的大小就能決定被保護元件是否接地，一般使用過流保護。當定值較小時容易收到電容電流的干擾，為此北京地區要求元件電容電流任何時候都（倒閘操作過程除外）小于30A。小電阻接地系統中的配電變壓器外殼（充油）或鐵芯及外罩（干式），若接地電阻大于4Ω時必須與中性點分開。