中性点经小电阻接地方式在电力系统中的应用

黄显军乔景龙史本谱

摘要：中性点接地是人们防止电力系统故障的技术，也是电力系统经济安全运行的基础。因此，有必要将理论与实践有机的结合起来。对于配电网，选择能够抑制过电压并确保电源可靠性和人身安全的中性接地方法是很有必要的。

关键词：中性点；经小电阻；接地方式；电力系统；应用

前言

目前国内变电站10kV~35kV系统在中性点接地方式上主要执行GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》。根据该标准，变电站10kV~35kV系统中性点采用非有效接地方式运行，依据运行经验，中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、包括还有中点谐振接地方式等都属于非有效的接地方式。

1接地方式概述

配电网中中性点不接地的系统，对于架空线路的配电网络非常有利。整个电网的电容电流远远超过中性点接地系统的规定值。一旦在这样的电力网络中出现单相接地的障碍，电弧难以熄灭甚至引起事故。与此同时，当使用不接地的中性点系统时，紧凑型全封闭电器和氧化锌避雷器的广泛使用导致了事故扩大。同时，发生单相接地故障时，断路器不会跳闸并继续运行。这会使高压电击造成的人身伤害造成的损失更加严重。因此，在一些地区，特别是郊区，中性点不接地的电网改为中性点低电阻接地系统，不仅能够减小单相接地瞬态电压，还能控制故障扩散。

1.1中性点不接地方式和中性点谐振接地方式

35kV系统、由各种能源的发电厂内的发电机中性点，依据实际需要，可以采取直接接地或者非直接接-地运行方式，比如当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式；特殊情况时，当系统发生单相接地却要求可以继续运行时，此时可以采用中性点谐振接地方式。不直接连接发电机并由电缆线路构成的10kV~20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式；当单相接地故障电容电流大于10A又需在接地故障条件下运行时，宜采用中性点谐振接地方式。

1.2中性点经低电阻接地方式

中性点经低电阻接地方式依据运行经验，它主要是适用于10kV~35kV的由电缆构成的主要线路，因电缆线路，发生接地时，其单相接地故障电流比正常架空线路的电流值要大很多。当考虑到单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合时，我们应该就地选择电阻两者取值的较大值。

1.3中性点经高电阻接地方式

当单相的接地故障电容电流数值小于7A时，且要求其总故障电流不应超过10A，此时可以采用中性点高电阻接地方的运行方式。

2中性点经电阻接地

这是一种更简单的接地方法。电阻与导线、电容形成并联回路。其中，电阻通过消耗电能使得谐振电压降低。因此，在单相接地故障中，中性点接地能够有效起到限流降压的作用。在基于电缆的配电网络中，容性电流通常保持在150A以上，故障电流通常是在400~1000A之间。因此，基于电缆的配电网络适用于通过低电阻接地。与消弧线圈的接地方法相比，中性点相对容易通过低电阻接地方法产生高电阻接地故障，这对人身安全非常有害并且还可能导致电源中断。电阻采用高阻，中阻，低阻三种。①单相接地故障电流是用高电阻来限制的，有效降低阻尼谐振过电压和间歇接地过电压。当电容较小且故障不跳闸时，高阻接地可以有效降低故障点的电压梯度。②中性点经中电阻接地不仅减小电流，降低谐振过电压，而且能够迅速切除故障电路，保证电网安全。③小电阻接地方式能够获得一个大的阻性电流，其突出优点是：不仅能快速切除故障电路，避免谐振过电压，还能大大降低异相故障的概率，提供简单灵敏的继电保护。

3小电阻接地系统组成

中性点小电阻接地系统由接地变和小电阻组成。当在配电网络系统中发生单相接地故障时，中性点处的小电阻在线路和接地点之间形成回路，并且连接位置流过足够大的零序电流，10kV配电网线路的零序保护切除故障线路。接地变通常采用Z型接地变。即将三相铁芯柱每个芯柱上的绕组平均分为两部分，三相绕组根据Z型连接成星型接线，特点在于：1)正序和负序电流表现出高阻抗(相当于励磁阻抗)，并且只有很小的励磁电流流过绕组。2)由于在每个铁芯柱上的两个绕组缠绕为相反方向，当同一铁芯柱上的两个绕组流过相同的零序电流，两个绕组产生相互抵消的磁通。因此，零序电流呈现低阻抗(等效漏抗)。绕组上的零序电流电压降很小。变电站中性点接地电阻系统由接地变、接地电阻、零序电流互感器(部分配有电阻智能监控器)等组成。由于现代城市电网供电能力的不断提高和断路器连续运行能力不断增强，小电阻中性点接地方式才开始被采用。如果系统发生单相接地故障，则故障电流通常为100~1000A。基于检测到的故障电流，保护装置可以快速切除配电系统的接地线。因此，故障点难以发展为多点接地故障，有利于快速恢复故障线路。在发生接地故障时，无故障相的电压小于线电压。此外，它能够把操作设施和城市通讯系统的影响降到最低。

4新型小电阻接地系统

4.1新型接地电阻器

为了解决小电阻接地系统接地电阻由于长期积热导致的烧毁问题，提出了新型接地电阻的概念。根据变压器的原理，变压器绕组采用铁丝制成(高阻材料)，为了满足小电阻接地条件，一些低压绕组采用反绕。当中性点电压低于阈值电压UG时，晶闸管断开，变压器相当于空载状态，新的接地电阻在接地处具有较高的阻抗，并且在电阻中流过较小的电流，电阻器不会出现长时间发热烧坏问题，配电网络可以继续安全运行。当中性电压高于阈值电压UG时，晶闸管接通，变压器相当于短路状态，新的接地电阻阻抗较小。此时，接地电流大，故障线路的故障特性变得较为明显，过流保护可立即切除故障线路。

4.2新型小电阻接地系统应用

(1)配电网运行正常。中性点的位移电压0.5%到1.5%Uph之间。只要偏差在5%范围内，对系统影响可忽略，设备和负荷可安全运行。因此，新型小电阻接地系统对电压阈值UG的选择应根据变电站的实际情况。配电网正常运行期间，晶闸管关闭，系统工作在大阻抗状态，流过的电流非常小。

(2)配电网发生接地故障。根据接地方式的不同，有两种类型：1)在金属接地故障或接地过渡电阻很小时，，晶闸管接通，新的接地电阻很小。故障线路电流非常高，过流保护把故障线路切除；2)接地过渡电阻很大时，，高阻接地状态。相比于普通小电阻接地系统，新型小电阻接地系统呈现成高阻抗，流过的电流非常小，不会损坏电阻，该系统可以持续安全运行。

结束语

中性点直接接地系统多应用于电压等级较高的电网系统，当一相接地发生故障时，由于不接地相电压不上升，中性点电压为零，很容易保证线路的绝缘水平。

参考文献：

[1]李培昌.浅谈配电网中性点接地方式[J].科技与企业，2013，（24）：356.

[2]王芳，王增长，侯安清.配电网中性点接地方式应用研究[J].科技情报开发与经济，2015，23：139~141.