郑文瑶
神华榆林能源化工有限公司 陕西省榆林市 719300
[摘要]中压电力系统中性点接地方式是一个复杂的系统性问题,在设计时应该结合不同地区、不同电网、不同的用电需求统筹考虑。针对中压电网单相接地电容电流也在不断的增加,电缆馈线回路的增加,改造和合理选择电网中性点接地方式，关系到电网运行的可靠性，文中就电网的中性点接地方式进行分析。
[关键词]供电系统 中性点接地 可靠性
目前，中压电力系统中采用经消弧线圈接地方式已运行多年，有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，它们都属于中性点不接地系统。随着采用电缆线路的用户日益增加,系统单相接地电容电流不断增加,导致电网内单相接地故障扩展为事故。在中压电网改造中,其中性点的接地方式问题，已引起多方面的关注,面临着发展方向的决策问题。下面对中性点不同的接地方式与供电的可靠性进行系统分析。
一、中性点不接地系统分析
中性点不接地系统，发生单相接地短路时故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行，一般不超过两个小时，此期间应安排巡视人员查询故障并及时排除。如果带故障运行时间较长，有可能会因非故障相电压升高造成绝缘击穿，单相接地演变成两相或者三相故障，造成跳闸事故。
1.简单点说，当单相发生接地时，原来三相平衡的情况被打破。接地的一相通过中性点的连通导致其他两相接地回流。这样，这两相对地的相电压变成了原来的线电压，也就是原来相电压的√3倍，并且会产生很大的相电流对地流动。
2.这种情况可以系统还可以暂时正常运行，因为线路的线电压无论是相位还是矢量值均未发生变化，设备可以仍照常运行。但是如果长时间运行中，再发生一个相故障，会产生巨大的短路电流，直接后果就是烧毁。
3.在中性点不接地的系统中，应该装置专门的接地保护或绝缘监察系统，在发生单相接地时，给予报警信号，以提醒值班人员注意及时处理。按我国规程规定：中性点不接地电力系统发生单相接地故障时，允许暂时运行2小时。运行维修人员应争取在两小时以内查出接地故障，予以排除。
二、中性点接地方式对比分析
1.中性点直接接地方式
中性点直接接地以后，该电力系统的中性点电位就被固定在零电位上，即便发生单相接地故障，由于大地对于电荷的容量为无穷大，所以大地的电位（即中心点的电位）仍然为零，所以不故障相对地的相电压不会变动。
三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性。同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。
系统中一相接地时，出现除中性点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。
但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。
2.中性点经小电阻接地方式
世界上部分国家采用中性点经小电阻接地方式,中性点经小电阻接地方式可以泄放线路上的过剩电荷来限制弧光产生的过电压,由于在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性,因而采用此种方式。中性点经小电阻接地方式通过零序电流继电器来保护线路。其优点是:接地时,由于流过故障线路的电流较大,零序过流保护有较好的灵敏度,可以比较容易检除接地线路;系统单相接地时,健全相电压不升高或升幅较小,对设备绝缘等级要求较低,其耐压水平可以按相电压来选择。
但是其缺点也很明显:由于接地点的电流较大,当零序保护动作不及时或拒动时,将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害,导致相间故障发生;当发生单相接地故障时,无论是永久性的还是非永久性的,均作用与跳闸,使线路的跳闸次数大大增加,严重影响了用户的正常供电,使其供电的可靠性下降。于是出现了中性点经消弧线圈接地方式。
3.中性点经消弧线圈接地方式
1916年发明了消弧线圈,运行经验表明,其广泛适用于中压电网,在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式,显著提高了中压电网的安全经济运行水平。采用中性点经消弧线圈接地方式,在系统发生单相接地时,流过接地点的电流较小,其特点是线路发生单相接地时,可不立即跳闸,按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明,当接地电流小于10A时,电弧能自灭。中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性,大大的高于中性点经小电阻接地方式,但中性点经消弧线圈接地方式也存在着问题，多年来电力学者致力于解决这些难题,已经有了很多成就,具体体现在以下几个方面:
1） 中性点位移电压由于电网中性点有不对称电压存在,回路中便有零序电流流过,于是在消弧线圈的两端产生了电位差,该电位差就是通常所说的中性点位移电压。中性点位移电压的增大会导致非故障相的最高对地电压升高。但实测表明,电缆网络中的不对称度一般都很小,由此导致的中性点位移电压也因此受到限制,此外运行中还可通过增大失谐度的方法来进一步降低中性点位移电压(位移电压并非越低越好,因为降低位移电压的同时必然会增大故障点的残流,会对熄弧不利),将其控制在无害的范围内。
2） 断线故障过电压运行中的补偿电网,只有在消弧线圈欠补偿运行状态下,由单侧电源供电的线路发生断线故障,同时引起的不对称度、失谐度的变化综合不利时方有可能使中性点位移度显著升高,产生较高的过电压,而在其它运行状态下均不会出现有害的过电压。对这种可能出现的过电压,可通过消弧线圈过补偿运行、加装限压电阻等措施来降低,再加上消弧线圈的铁芯饱和也会抑制过电压,因此这种过电压基本可被限制在无害的范围内。
3） 继电保护的选择性小电流接地系统的继电保护选择性问题在过去一直是限制谐振接地方式在中压电网中推广的重要因素,但是随着科学技术的发展,如今新型的微机选线及微机保护装置可灵敏、快速、正确地找到故障线路并发出信号,使运行人员可根据故障线路的负荷状况因地制宜地选择带故障运行或是跳闸。
4） 异常动作消弧线圈异常动作的原因很多,但在排除了设备制造质量及错误操作等原因之后,只要做到选型正确、操作无误,就可大大减少异常动作的次数,降低异常动作产生的危害。 随着微电子技术、检测技术的发展和应用,我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置,并已投入实际运行取得良好效果,现在正处在推广应用阶段。
三、中性点经消弧线圈接地方式的优点
1.提高供电可靠性
首先系统发生瞬间单相接地故障时不断电。消弧线圈是一个具有铁心的可调电感线圈，当由于电气设备绝缘不良、外力破坏、运行人员误操作、内部过电压等任何原因引起的电网瞬间单相接地故障时，接地电流通过消弧线圈呈电感电流，与电容电流的方向相反，可以使接地处的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由此引起的各种危害，自动消除故障，不会引起继电保护和断路器动作，大大提高了电力系统的供电可靠性。
2.发生永久接地故障时不被动
由于消弧线圈能够有力地限制单相接地故障电流，虽然非故障相对地电压升高倍，三相导线之间线电压仍然平衡，发电机可以免供不对称负荷，电力系统可以继续运行。特别是在电源紧张或停电后果严重时，有足够的时间启动备用电源或转移负荷，避免突然中断对用户的供电而陷入被动局面。
3.对电网电力设备具有保护作用
中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，接地电流与故障点的位置无关。由于残流很小，接地电弧可瞬间熄灭，有力地限制了电弧过电压的危害作用。继电保护和自动装置、避雷器、避雷针等，只能保护具体的设备、厂所和线路，而消弧线圈却能使绝大多数的单相接地故障不发展为相间短路，发电机可免供短路电流，变压器等设备可免受短路电流的冲击，继电保护和自动装置不必动作，断路器不必动作，从而对所在系统中的全部电力设备均有保护作用。
4.电磁兼容性好
当今社会，多种信息处理系统广泛应用于国防、社会生产、生活的各个方面，但其抗干扰能力却很差，电磁兼容问题成为一个崭新的研究领域。强电干扰弱电，电力系统是矛盾的主要方面。目前最好地解决方法是引入光纤，却存在着投资增加。实际上，由于中性点经消弧线圈接地系统有效地限制单相接地故障电流，所以不失为一种经济有效的办法，补偿系统能够向通信系统提供良好的电磁兼容环境。
四、单相接地电容电流
中压电网单相接地电容电流有以下几部分构成:
1. 系统中所有电气连接的全部线路(电缆线路、架空线路)的电容电流。
2. 系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流。
3. 因变配电设备造成的电网电容电流的增值。
4. 系统中的电容电流可按下式计算:ΣIc=(ΣIc1+ΣIc2)(1+k%)
式中:ΣIc 电网上单相接地电容电流之和
ΣIc1 线路和电缆单相接地电容电流之和
ΣIc2 系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和
k% 配电设备造成的电网电容电流的增值。10KV取16%、35KV取13%
单相电容电流的检测方法比较多,可以采用采用偏置电容法和中性点外加电容法,为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量,微机在线实时检测装置为实测网上单相电容电流提供了快速准确的手段,其原理是,检测系统的不平衡电压E0,并以一定的采样周期检测线电压UAB,中性点位移电压U0及中性点位移电流I0,根据下式计算出单相接地电容电流:
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五、小结
中压电网的中性点接地方式不止在国内在国外也有不同的观点,现已引起多方面的关注。经过多年来电力学者的努力,已经解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。因此,采用中性点经消弧线圈接地方式成为我国中压电网的发展方向。
参考文献:
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.
[2]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.
[3]康光华.电子技术基础.高等教育出版社.