浅谈UPS中性点接地问题及其接地方案

赵凯

摘 要：UPS中性点接地面临着日益突出的问题，有待制定有效的UPS中性点接地方案。文章分别论述了UPS中性点接地问题及UPS中性点接地方案，希望UPS中性点接地的探讨对电力行业从业人员提供一定的借鉴。

关键词：中性接地；问题；方案

近些年来，我国电力行业发展迅猛，城市电网不断整合结构，电缆的使用占了很大的比重，越来越被重视。电力网中性点接地方式的选择，接地设备参数的确定以及其继电保护方式，为世界各国电力部门所关注[1]。UPS中性接地点采用经消弧线圈接地和经电阻接地的方式，产生了日益突出的问题，有待制定UPS中性点接地方案。

1 UPS中性点接地问题

1.1 UPS中性点经消弧线圈接地问题。随着城市的用电，用电容产生过大的电流，无法保证消弧线圈正常运行。电弧的调节范围有限，只有1比2的调节比例，满足不了工程初期和末期的需要。消弧线圈接头位置的电流流量和实际流动中的电流出入大，误差比达15%，实际运行过程中线圈内的电流和名牌标签所标注的电流并不相符；无法正确计算电容电流和实际电流，供电网络成分复杂，包括电缆和架空线，无法准确掌控电线的实际长度；此外电缆型号繁多，不同长度电容中的电流不同。有些电网甚至出现了5次谐波的接地电流容量，比例高，达5%-15%。虽然准确计算工频接地电流，仍然无法减少较高的电容百分比。接地电网在接地过程中，产生较大的电流，不能满足运行过程中的补偿。电缆绝缘材料的破损导致UPS中性点接地出现故障，接地电流大，特别在封闭性电弧中，电弧不容易熄灭，UPS中性接地点单相接地是永久性故障。中性接地点经过消弧线圈时形成一个小型的电流接地系统，出现了单相接地永久故障，不容易检查接地故障点，查找故障难。系统设备长时间处于电压中，绝缘层受到破坏。单相连地下，形成过高的非故障电压，查找故障点困难。电压运行状态下，避雷器容易受到破坏，此类事件发生的概率大。当避雷针没有提高阀片特性时，残压升高，保护功能减弱。中性点在经过消弧线圈时形成弧光接地电压，谐振过电压使电压时间延长，避雷器的负载功能无法限制这种电压。避雷器降低了降压功能，没有了降压的优势，不利于避雷器的推广应用。

1.2 UPS中性点经电阻接地问题。在电网系统中，我国有三个指标判断供电高低：少量供电、停电持续时间、停电频率。这些指标涉及到很多因素，不仅有外部的故障停电，还有内部的计划停电。以下因素影响10kV配电网供电的可靠性：设备老化、用户影响、气候因素等，不同类型的UPS中性接地会影响到10kV配电可靠性，这些故障因素不同程度的增加故障记录，UPS中性接地点在经过小电阻接地和经过消弧线圈接地是是不同的。如果出现了单相故障，电流经过消弧线圈的时内部的残余电流会自行熄灭，从而消除故障。如果出现了永久故障，系统中性点连接状态下能继续运行一段时间，利用有效时间消除故障，为用户提供充足的供电。外力破坏导致电缆故障，绝缘体老化是永久性故障，故障发生时，不能带原有故障运行。单相接地造成故障加大，停电的范围变广，在线路短路情况下，母路短路相当于变压器出口短路，降低了变压器抗短路能力，变压器容易损坏。

2 UPS中性点接地方案

2.1 UPS中性点经电阻接地方案。采用电阻接地方案是为了给故障点注入阻性电流，其电阻分量电流为电容分量电流的1.05～1.1倍。可以把故障电流调整适当，提高继电保护灵敏度，同时使故障点仅可能发生局部轻微损伤，电压限制到正常相对中性点电压的2.6倍，防止弧光过电压损坏主设备，同时对铁磁谐振过电压有显著作用。理论上，接地电阻越小，接触电压和跨步电压就越低，对人身越安全。但要求接地电阻越小，则人工接地装置的投资也就越大，而且在土壤电阻率较高的地区不易做到。在实践中，可利用埋设在地下的各种金属管道、电缆金属外皮以及建筑物的地下金属结构等作为自然接地体。由于人工接地装置与自然接地体是并联关系，从而可减小人工接地装置的接地电阻，减少工程投资。在发生单相接地故障时，故障点出现的短路电流瞬间变大，故障点电压过高，有可能产生跨步电压，允许值低于接触电压。在电阻选择过程中要充分考虑多种因素，包括：短路过程中的电流核算，接触电压的合理范围，保护动作时间的长短，地网接地电阻。如果不采用电阻接地的方式容易形成跨步电压，从而使接触电压过高，给人身财产带来危害。采用中性接地方式时要选取合理电阻值，电阻值的选取要嚴格按照当地电网部门的有关规定。综合考虑多方面的因素，包括：保护继电的灵敏度，考虑过电压的倍数，以及人身安全。高阻接地发生单相电路故障时，允许带故障设备运行，故障电路的电流控制在合理的范围：一般为10A。接地电阻的选取也有合理的范围：一般为Xc>或=R0，和R0>或=U￠/10A，Xc是系统相对地抗容。中性点经过高阻接地系统。当发生单相接地时，非故障相对地电压升高，所以根据电压考虑电气设备对地的绝缘。低电阻接地系统非故障相不存在电压升高的问题，因此电气设备对地的绝缘水平只需按相电压考虑。中性线接地电阻要小于4欧姆，因为，当三相电流不平衡时，不平衡电流全降落在中性线上，不平衡过大导致中性线产生较大压差。如果电阻过大，不能顺利接地，触到中性接地线时容易发生触电危险。中性线是入户的零线，零线产生不安全电流很危险。所以，变压器安装时，避雷器的接地、变压器外壳、变压器中性线必须用大于35平方的导线可靠接地，接地电阻必须小于4欧姆。

2.2 UPS中性点经消弧线圈接地方案。小电流接地系统中发生单相接地故障时，接地点通过接地故障线路时，对应电压等级电网的全部对地电容电流。如果电容电流大，就会产生间歇性电弧，形成过电压，增加了非故障相对地电压。在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。采取的措施是：当小电流接地系统电网发生单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值，就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流， 减少接地故障点电流，提高自动熄弧能力，保证继续供电。60kV以下线路容易发生单相接地，为了减少停电，采用中性点非直接接地的小电流接地方式。这样即使发生频繁接地也不致于频繁跳闸。当系统较小时，单相接地电流很小，但是当系统规模较大时，单相接地时的电容电流仍具备一定的危害性，所以在接地电流超过10安培的小电流接地系统中，在中性点加装消弧线圈，当发生单相接地，中性点就会位移产生电压，消弧线圈就会产生感性电流，这个感性电流可以抵削接地点的容性电流，减小单相接地电流的破坏性。这就是采用消弧线圈的道理。

3 结束语

论文针对不间断电源系统的不同结构，对UPS中性点接地问题进行了分析，并总结出适合工程应用的接地方案[2]。UPS中性点接地存在许多问题，需要制定接地方案解决这些问题。中性点接地关乎着电力安全的运行。经消弧线圈接地方式多用于35kV及以下的系统，需要较高的绝缘。UPS中性点经消弧线圈接地可以消除单相弧光接地故障。UPS中性点经电阻接地时电阻必须小于4欧姆，降低了接触电压和跨步电压，提高人身安全。以上只是笔者的一些见解，希望对电力行业从业人员提供一定的借鉴。

参考文献：

[1]许颖.电力网中性点接地问题[J].电网技术，1991（03）：90-93.

[2]程靖，杨芳.不间断电源系统（UPS）接地问题的分析[J].机电产品开发与创新，2013（04）：127-129.