DQZHAN技術訊：知識！電力系統(tǒng)中性點接地的三種方式
電力系統(tǒng)的中性點接地有三種方式：
有效接地系統(tǒng)（又稱大電流接地系統(tǒng)）
小電流接地系統(tǒng)（包含不接地和經消弧線圈接地）
經電阻接地系統(tǒng)（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(tǒng)
用于110kV及以上系統(tǒng)及。該系統(tǒng)在單相接地時，另外兩相對地電壓基本不變，系統(tǒng)過電壓較低，對110kV及以上系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定，有利于該110kV系統(tǒng)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(tǒng)提供穩(wěn)定的零序電源，保持220kV系統(tǒng)零序保護的方向性和穩(wěn)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(tǒng)提供零序電流，110kV側零序阻抗穩(wěn)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(tǒng)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(xiàn)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(yōu)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)
系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(jù)這個電壓的高低,可以判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了單相接地。由于接地點只有電容電流，系統(tǒng)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(tǒng)中監(jiān)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(tǒng)過電壓，電弧電流不大時，過電壓會限制在系統(tǒng)允許的范圍內。
當此系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)過電壓會超過系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)成為過補償系統(tǒng)，電感電流小于電容電流的系統(tǒng)成為欠補償系統(tǒng)，電感電流等于電容電流的系統(tǒng)成為全補償系統(tǒng)。沒有特殊措施，全補償系統(tǒng)在系統(tǒng)沒有單相接地時會產生諧振，系統(tǒng)無法正常運行。欠補償系統(tǒng)在系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)在運行時必須使消弧線圈的工作電流超過系統(tǒng)電容電流的10％，并且不超過10A，否則運行相當困難。
許多系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)情況。由于我們并不要求系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)生變化（增加或減少線路長度）時消弧線圈的分接應按規(guī)定（過補償、欠補償）跟隨調節(jié)。目前電網發(fā)展和變化速度較快，至使許多小電流接地系統(tǒng)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(tǒng)電容電流的10％并且不超過10A的目標無法實現(xiàn)。于是人們開發(fā)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(tǒng)電容電流值?？刂破鲗⑾【€圈分接自動調整到與系統(tǒng)電容電流*接近的分接。由于此時回路串有電阻，諧振不能發(fā)生?？刂破鞑煌５臏y量系統(tǒng)電容電流。當系統(tǒng)電容電流變化時，控制器自動調整消弧線圈分接與系統(tǒng)電容電流接近。當系統(tǒng)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(tǒng)接地恢復后，控制器斷開開關短路，電阻限制系統(tǒng)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(tǒng)的電容電流，并進行記憶。系統(tǒng)的電容電流變化時控制器隨時測量并改變記憶。系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)接地恢復后，可控硅關閉。
經電阻接地系統(tǒng)（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(tǒng)。10kV中性點對地接入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)。經電阻接地系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)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(qū)10kV系統(tǒng)使用的是小電阻接地系統(tǒng)，中性點電阻為10Ω。
小電阻接地系統(tǒng)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(qū)10kV系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(qū)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(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時必須與中性點分開。
