DQZHAN技術(shù)訊：知識(shí)！電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的三種方式
電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地有三種方式：
有效接地系統(tǒng)（又稱(chēng)大電流接地系統(tǒng)）
小電流接地系統(tǒng)（包含不接地和經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地）
經(jīng)電阻接地系統(tǒng)（含小電阻、中電阻和高電阻）
（本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：電力筆記 微信號(hào):dianlibiji 作者：電力筆記編輯部）
大電流接地系統(tǒng)
用于110kV及以上系統(tǒng)及。該系統(tǒng)在單相接地時(shí)，另外兩相對(duì)地電壓基本不變，系統(tǒng)過(guò)電壓較低，對(duì)110kV及以上系統(tǒng)抑制過(guò)電壓有利，但此時(shí)接地電流很大，運(yùn)行設(shè)備很難長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)此電流，接地相對(duì)地電壓很低，甚至為零，系統(tǒng)電壓嚴(yán)重不平衡，許多電氣設(shè)備無(wú)法正常工作，必須及時(shí)切除接地點(diǎn)。大電流接地系統(tǒng)要求部分主變的中性點(diǎn)接地，避免單相接地時(shí)短路電流過(guò)大。這些主變必須有一個(gè)三角形接線(xiàn)的繞組，以構(gòu)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(xiàn)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(yùn)行。其中一臺(tái)主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)和110kV側(cè)中性點(diǎn)必須直接接地，其他主變中性點(diǎn)通過(guò)間隙接地。好處是110kV側(cè)零序阻抗穩(wěn)定，有利于該110kV系統(tǒng)零序定值的計(jì)算和整定，零序過(guò)流保護(hù)的保護(hù)范圍變化很小，容易保持其階梯特性；未220kV系統(tǒng)提供穩(wěn)定的零序電源，保持220kV系統(tǒng)零序保護(hù)的方向性和穩(wěn)定性。主變220kV側(cè)中性點(diǎn)和110kV側(cè)中性點(diǎn)均加裝間隙保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)各側(cè)斷路器。
作為220kV負(fù)荷變電站的主變必須分列運(yùn)行。此時(shí)所有主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)必須通過(guò)間隙接地，110kV側(cè)中性點(diǎn)全部接地運(yùn)行。所有主變不能相220kV系統(tǒng)提供零序電流，110kV側(cè)零序阻抗穩(wěn)定。主變220kV側(cè)中性點(diǎn)加裝間隙保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)各側(cè)斷路器。
作為鏈?zhǔn)浇泳€(xiàn)的220kV變電站，其220kV側(cè)母線(xiàn)并列運(yùn)行并有兩個(gè)電源。雖然主變分列運(yùn)行，但必須有一臺(tái)主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地，其他主變的220kV側(cè)中性點(diǎn)通過(guò)間隙接地。110kV側(cè)中性點(diǎn)必須全部直接接地。主變220kV側(cè)中性點(diǎn)加裝間隙保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)各側(cè)斷路器。
目前運(yùn)行的110kV變電站全部主變均分裂運(yùn)行，其電源側(cè)母線(xiàn)為單電源。所以主變110kV側(cè)中性點(diǎn)通過(guò)間隙接地，并且不再加裝間隙保護(hù)。
0.4kV系統(tǒng)均采用大電流接地運(yùn)行。對(duì)于Y/Y0接線(xiàn)的變壓器，零序阻抗很大。雖然接入的負(fù)荷多為單相負(fù)荷，由于每個(gè)負(fù)荷較小，并不一定會(huì)造成三相負(fù)荷電流嚴(yán)重不一致（中性點(diǎn)電流小于額定電流的25％），不會(huì)造成三相電壓嚴(yán)重不平衡。但當(dāng)線(xiàn)路出現(xiàn)對(duì)地短路時(shí)，短路電流較小，往往不能使斷路器（空氣開(kāi)關(guān)）跳開(kāi)或熔斷器熔斷，致使事故擴(kuò)大，許多情況下形成火災(zāi)。此時(shí)應(yīng)在變壓器中性點(diǎn)引線(xiàn)處加裝過(guò)流保護(hù)，跳開(kāi)高壓側(cè)斷路器。顯然這是比較復(fù)雜的。
使用△/Y0接線(xiàn)的變壓器，可以克服這一缺點(diǎn)。但充油變壓器的分接開(kāi)關(guān)制作比較困難，尤其是有載分接開(kāi)關(guān)?！?Y0接線(xiàn)的變壓器雖然有零序阻抗低，三相電流不平衡時(shí)電壓差異不大的優(yōu)點(diǎn)，但是用時(shí)中性點(diǎn)電流仍不得超過(guò)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(xiàn)，而315kVA以上的變壓器（尤其是干式變壓器）多采用△/Y0接線(xiàn)。
目前，大型建筑物中供電多采用三相五線(xiàn)制，比原來(lái)的三相四線(xiàn)制多出一根地線(xiàn)。地線(xiàn)和零線(xiàn)在低壓屏（或變壓器）處是連在一起的（小電阻接地系統(tǒng)另有說(shuō)明），從低壓屏引出時(shí)分為兩線(xiàn)。零序可接入單相負(fù)荷，會(huì)有工作電流，地線(xiàn)由于沒(méi)有工作電流，其電位始終與大地一致。為保證地線(xiàn)與大地的電位一致，還需按規(guī)定進(jìn)行重復(fù)接地。而零線(xiàn)則不應(yīng)再接地，更不能再與地線(xiàn)相連，避免地線(xiàn)中產(chǎn)生工作電流。電氣設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)與地線(xiàn)相連。當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞時(shí)，與地線(xiàn)形成回路，嚴(yán)重時(shí)造成保險(xiǎn)絲熔斷或空氣開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，而外殼電位基本不升高，對(duì)人身**不會(huì)產(chǎn)生威脅。
小電流接地系統(tǒng)
系統(tǒng)的中性點(diǎn)全部不接地時(shí)，無(wú)論是架空線(xiàn)還是電纜，在正常運(yùn)行時(shí)均有一三相對(duì)地基本相等的電容。由于容抗基本相等，所以三相對(duì)地電壓基本相等，中性點(diǎn)的對(duì)地電壓很低（不超過(guò)2％系統(tǒng)額定電壓）。當(dāng)其中一相接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓降低（金屬性接地時(shí)為零），非接地相對(duì)地電壓升高（金屬性接地時(shí)為線(xiàn)電壓），金屬性接地時(shí)接地點(diǎn)的電流為每相對(duì)地電容電流的3倍。系統(tǒng)中若接有測(cè)量對(duì)地電壓的電壓互感器，其輸出電壓為額定電壓(開(kāi)口三角有固定接法)。根據(jù)這個(gè)電壓的高低,可以判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了單相接地。由于接地點(diǎn)只有電容電流，系統(tǒng)可以長(zhǎng)期運(yùn)行。但接地點(diǎn)的跨步電壓會(huì)對(duì)周?chē)藛T的生命**（20米內(nèi)）產(chǎn)生很大的威脅，此外系統(tǒng)中監(jiān)視對(duì)地電壓的電壓互感器是按堅(jiān)持8小時(shí)設(shè)計(jì)的。因此應(yīng)盡快找出接地點(diǎn)并將其從電網(wǎng)中切除。接地點(diǎn)接觸不牢固時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧。由于電弧電流不大，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)遠(yuǎn)離接地點(diǎn)時(shí)電弧不能維持，會(huì)自動(dòng)熄滅。間歇電弧電流會(huì)引起系統(tǒng)過(guò)電壓，電弧電流不大時(shí)，過(guò)電壓會(huì)限制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。
當(dāng)此系統(tǒng)規(guī)模增大時(shí)，單相接地的電容電流也迅速增加，當(dāng)接地點(diǎn)產(chǎn)生電弧時(shí)電弧不易熄滅，間歇電弧電流引起的系統(tǒng)過(guò)電壓會(huì)超過(guò)系統(tǒng)允許的范圍，造成設(shè)備絕緣擊穿，構(gòu)成事故。
為了避免產(chǎn)生系統(tǒng)不能允許過(guò)電壓，并且使接地點(diǎn)的電弧容易熄滅，在中性點(diǎn)對(duì)地加裝一個(gè)電抗器，讓其產(chǎn)生的電感電流抵消接地點(diǎn)的電容電流，使接地點(diǎn)的接地電流下降，過(guò)電壓幅值降低到系統(tǒng)能夠忍受的程度，并利于滅弧。這個(gè)電抗器被成為消弧線(xiàn)圈。電感電流大于電容電流的系統(tǒng)成為過(guò)補(bǔ)償系統(tǒng)，電感電流小于電容電流的系統(tǒng)成為欠補(bǔ)償系統(tǒng)，電感電流等于電容電流的系統(tǒng)成為全補(bǔ)償系統(tǒng)。沒(méi)有特殊措施，全補(bǔ)償系統(tǒng)在系統(tǒng)沒(méi)有單相接地時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧振，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。欠補(bǔ)償系統(tǒng)在系統(tǒng)發(fā)生切除一段線(xiàn)路時(shí)可能接近全補(bǔ)償，一般很少使用。過(guò)補(bǔ)償系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)必須使消弧線(xiàn)圈的工作電流超過(guò)系統(tǒng)電容電流的10％，并且不超過(guò)10A，否則運(yùn)行相當(dāng)困難。
許多系統(tǒng)的電源為變壓器的三角形接線(xiàn)側(cè)，沒(méi)有中性點(diǎn)可引出。此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)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(xiàn)繞組的中性點(diǎn)引出，另一側(cè)繞組接為三角形；另一種是采用曲折形接線(xiàn)變壓器（Z形變）。接地變壓器只帶消弧線(xiàn)圈時(shí)容量不小于消弧線(xiàn)圈容量。
通常有多個(gè)分接，在相電壓下產(chǎn)生不同的電流，以對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)情況。由于我們并不要求系統(tǒng)單相接地長(zhǎng)期運(yùn)行，消弧線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)一般在*大電流分接運(yùn)行2小時(shí)，或上層油溫（充油）繞組溫度（干式）不超過(guò)允許值。所以消弧線(xiàn)圈必須裝設(shè)測(cè)量上層油溫（充油）或繞組溫度（干式）的溫度計(jì)并帶有報(bào)警接點(diǎn)，無(wú)人站應(yīng)有遠(yuǎn)傳裝置。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化（增加或減少線(xiàn)路長(zhǎng)度）時(shí)消弧線(xiàn)圈的分接應(yīng)按規(guī)定（過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償）跟隨調(diào)節(jié)。目前電網(wǎng)發(fā)展和變化速度較快，至使許多小電流接地系統(tǒng)的對(duì)地電容電流變化很快，人工操作頻繁。隨著電網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，電容電流也超過(guò)100A，消弧線(xiàn)圈的工作電流超過(guò)系統(tǒng)電容電流的10％并且不超過(guò)10A的目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。于是人們開(kāi)發(fā)了自動(dòng)補(bǔ)償消弧線(xiàn)圈。簡(jiǎn)單介紹兩種：
一予調(diào)諧式（予置式）
它由帶有載分接開(kāi)關(guān)的消弧線(xiàn)圈、單相PT、帶短路開(kāi)關(guān)的電阻柜及控制器組成。運(yùn)行前短路開(kāi)關(guān)在分閘位置，控制柜帶電后，在消弧線(xiàn)圈上注入一個(gè)特殊頻率的電壓，由單相PT和消弧線(xiàn)圈內(nèi)附CT測(cè)量其中性點(diǎn)電壓和電容電流分量，計(jì)算系統(tǒng)電容電流值?？刂破鲗⑾【€(xiàn)圈分接自動(dòng)調(diào)整到與系統(tǒng)電容電流*接近的分接。由于此時(shí)回路串有電阻，諧振不能發(fā)生?？刂破鞑煌５臏y(cè)量系統(tǒng)電容電流。當(dāng)系統(tǒng)電容電流變化時(shí)，控制器自動(dòng)調(diào)整消弧線(xiàn)圈分接與系統(tǒng)電容電流接近。當(dāng)系統(tǒng)單相接地（母線(xiàn)PT開(kāi)口三角電壓達(dá)到30V以上）時(shí)，控制器將電阻用開(kāi)關(guān)短路，消弧線(xiàn)圈電流可以抵消接地點(diǎn)電容電流，接地點(diǎn)電流很小，可迅速滅弧。系統(tǒng)接地恢復(fù)后，控制器斷開(kāi)開(kāi)關(guān)短路，電阻限制系統(tǒng)諧振。
二跟蹤式
它由一個(gè)帶短路線(xiàn)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(xiàn)圈開(kāi)路時(shí)一次線(xiàn)圈的電流很小，為變壓器的空載電流。短路線(xiàn)圈短路時(shí)一次線(xiàn)圈的電流就是消弧線(xiàn)圈的額定電流?？刂齐p向可控硅的導(dǎo)通角可調(diào)整短路線(xiàn)圈的短路程度，進(jìn)而調(diào)整消弧線(xiàn)圈的工作電流。整個(gè)裝置運(yùn)行后控制器通過(guò)不停變換可控硅的導(dǎo)通角，得到不同的弧線(xiàn)圈的工作電流點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)測(cè)量該電流點(diǎn)的中性點(diǎn)（開(kāi)口三角電壓）電壓，計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流，并進(jìn)行記憶。系統(tǒng)的電容電流變化時(shí)控制器隨時(shí)測(cè)量并改變記憶。系統(tǒng)發(fā)生單相接地（母線(xiàn)PT開(kāi)口三角電壓達(dá)到30V以上）時(shí)，可控硅導(dǎo)通角按記憶迅速開(kāi)通，接地點(diǎn)電容電流被補(bǔ)償接近為零。電弧可迅速熄滅。系統(tǒng)接地恢復(fù)后，可控硅關(guān)閉。
經(jīng)電阻接地系統(tǒng)（含小電阻、中電阻和高電阻）
城市電網(wǎng)以電纜為主。特點(diǎn)是電容電流很大，經(jīng)常達(dá)到100A以上。人口密度極高，單相接地時(shí)跨步電壓容易傷害人員。所以使用經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。10kV中性點(diǎn)對(duì)地接入5－10Ω電阻為小電阻系統(tǒng)，接入幾十－100Ω電阻為中電阻系統(tǒng)，接入幾百－1000Ω電阻為高電阻系統(tǒng)。經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)接地相對(duì)地下降（金屬性接地時(shí)為零），非接地相對(duì)地電壓升高（金屬性接地時(shí)為線(xiàn)電壓），接地點(diǎn)電流為電容電流和經(jīng)電阻限制的阻性電流之和。經(jīng)保護(hù)判斷后斷路器將接地點(diǎn)與系統(tǒng)斷開(kāi)。隨著中性點(diǎn)接入電阻從小變大，單相接地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓逐漸增高。目前北京地區(qū)10kV系統(tǒng)使用的是小電阻接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)電阻為10Ω。
小電阻接地系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不得將接地電阻退出運(yùn)行，也不得將兩個(gè)接地電阻長(zhǎng)期并列運(yùn)行。目前北京地區(qū)10kV系統(tǒng)均使用接地變接入中性點(diǎn)電阻。接地變的接入有兩種方式。一種方式是接入母線(xiàn)。這種方法在倒閘操作時(shí)比較復(fù)雜。10kV母線(xiàn)帶電前先投入中性點(diǎn)電阻在投入主開(kāi)關(guān)。中性點(diǎn)電阻保護(hù)動(dòng)作后切除10kV主開(kāi)關(guān)，10kV主開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)切除中性點(diǎn)電阻開(kāi)關(guān)。因此在10kV主開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)回路中必須加裝壓板，無(wú)人變電站還需串連一個(gè)遙控接點(diǎn)。另一種方式是接入主變10kV引線(xiàn)，只加裝單獨(dú)CT和保護(hù)，不再加裝斷路器（單獨(dú)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(xiàn)時(shí)發(fā)生接地變事故將切除變壓器，使中壓側(cè)停電（可自投）。
小電阻接地系統(tǒng)單相接地時(shí)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(hù)元件是否接地，一般使用過(guò)流保護(hù)。當(dāng)定值較小時(shí)容易收到電容電流的干擾，為此北京地區(qū)要求元件電容電流任何時(shí)候都（倒閘操作過(guò)程除外）小于30A。小電阻接地系統(tǒng)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(shí)必須與中性點(diǎn)分開(kāi)。
