电力系统中性点接地方式及其零序保护

刘 琦

中国化学工程第三建设有限公司电仪五公司

电力系统中性点接地方式及其零序保护

刘 琦

中国化学工程第三建设有限公司电仪五公司

电力系统中性点接地方式的合理选择关乎电网的安全、稳定运行，因此应予以足够的重视。电力系统发生了单接地故障，必然出现零序电流及零序电压，因此进一步加强对其的研究非常有必要，通过对零序电流和零序电压的监测和管理可以有效的实现对接地故障的监测和处理，保障电力系统的稳定运行。基于此本文分析了电力系统中性点接地方式及其零序保护。

电力系统；中性点接地方式；其零序保护

1　电力系统中性点接地

在电力系统中中性点接地方式是非常重要的运行方式，因此也是越来越受到重视。其主要是指三相交流电网中性点与大地间的电气连接方式。中性点的接地方式总的来讲分为中性点不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地及直接接地，前两种在概念上称为中性点非有效接地，后两种称为中性点有效接地。非有效接地系统在农村小电网用得较多，随着电网规模的不断发展，越来越多的电网已转向中性点有效接地系统。但不论哪种接地方式，都有各自的适用场合和在工程应用中的不足，因此，必须做好技术预测，选择更有效的中心点运行方式。

1.1中性点不接地系统

三相电位向量实际是零，和地电位相同，因此中性点是否接地对三相无影响。这种中性点与地之间无直接连接的方式通常称为中性点不接地。但实际上电力系统的三相与地之间存有电容，因此中性点不接地本质上是三相对地电容相等时保持对地的零电位(图1)。

当三相对地电容不相等时，中性点产生对地电势差，即中性点位移，由于常态下产生的位移电压较小，对电网影响小，可以忽略。当系统发生单相短路接地时，故障电流大致以“相线—设备外壳—设备接地电阻—大地—相线对地容抗—相线”的方向流动，由于相线对地容抗值极大，故障电流微小，接触电压也不大，对人身没有危害，所以这种方式较中性点接地更安全。当线路不长、电压不高时，接地电容电流小，引起的电弧会自动熄灭而不致引起跳闸。系统可以带故障短时间继续运行(一般允许时间为2小时)。但当电网线路长、电压高时，接地电容电流大，在接地点易产生间持续的歇性电弧，这种持续可能会引起谐振过电压，危及电网安全。

中性点不接地方式具有结构简单，运行方便，投资较小、运行可靠的优点，使用于规模不大的厂矿等中压供电环境。

1.2中性点经消弧线圈接地系统

在三相电力系统中，为减小单相接地处的接地电流，在电网中性点装设一个消弧线圈来减小接地电流实现灭弧、保障电网稳定，这就是中性点经消弧线圈接地系统，又称谐振接地系统(图2)。

当发生单相故障接地时，故障相电压为零，非故障相电压升高为线电压。中性点电压发生偏移，和相电压相等。该电压作用在消弧线圈上，通过消弧圈产生与电容电流的方向相反的感性电流，与电容电流进行叠加补偿，使接地处的电流变得很小或趋近于零，限制了接地故障电流的破坏作用，有利于接地电弧的熄灭。同时，由于各相线电压保持不变，系统可以在短时间内带故障继续运行。

1.3中性点经小电阻接地系统

图1 中性点不接地系统

图2 中性点经消孤线圈接地系统

图3 中性点直接接地系统的示意图

中性点经小电阻接地系统在发生单相接地时，非接地相电压不升高或升幅较小，在设计时，各相对地绝缘可以按相电压来考虑。

1.4中性点直接接地

中性点直接接地指的是电网中设备中性点经零阻抗接地，而非电力系统全部的变压器均为中性点直接接地。这种接地方式不设置绝缘检测装置，通过快速切断故障线路来保障电网的安全。

结合图3，当单相发生故障接地时，故障相通过大地与电源构成单项回路，由于限流电抗值小，通过故障点的电流大，形成短路，引发断路器迅速跳闸切断故障线路，切断故障后，中性点电压不变，保持零，非故障相电压和电流不变，实现了故障单相的局部控制和其他相的稳定运行。但是，由于故障时接地电流太大，巨大的感应电压对附近的弱电通讯系统干扰强，特别是与输电线路平行敷设的通讯路线，危害更大。而且线路接地点会产生较大的跨步电压和接地电压，对人员的安全造成威胁。

2　零序保护

正常运行的三相电力系统中，三相电流的向量和趋近于零，当电路中发生触电或漏电故障时，三相电流不平衡，此时的三相电流向量和就是零序电流。而系统发生接地时，零序电流和零序电压会有大幅的波动，特别在出现短路时，将产生接近单相电流的零序电流。因此安装零序电流互感器是检测因系统接地情况的便捷方法。另外，使用零序电压过滤器还可以检测零序电压发生的变化，通过多种监测均可以达到监控接地现象的效果。

2.1零序电流保护

电力系统出现了不对称的情况，加上受到平行线路间的影响，就会使得线路零序电流出现问题，因此需要采取有效的方法进行控制，一般是设置限定值或方向元件，从容提高监测的精度。

2.2零序方向电流保护

如果是单相接地出现短路的情况，就会使得零序电流方向发生改变，对此需要进一步加强判别零序电流方向，从而起到保护的目的。同时，由于故障带的零序电压会随着传输距离衰减，因此也可以知道离故障点的距离会应当向到零序电压，采用零序功率方向保护能达到其功效。

2.3放电间隙保护配置

在间隙击穿的过程中，电流不是一直存在，对应于间隙的间歇性击穿。也就是在整个过程中存在击穿、恢复的过程。击穿时有电流、恢复时有过压。两者都反映同一种运行情况(中性点过压)。因此将过压继电器和过流继电器两者并联去驱动时间元件。所以应当同时设置间隙电流保护和零序过电压保护。

总之，电力系统中绝大多数故障都是单相接地故障，为提高其动作灵敏性，均装设专门的接地保护装置，该装置构成简单，易于实现。通常反映接地故障时的零序电流和电压，称为零序保护装置，其对于电力系统具有很重要的作用，本文分析了电力系统中性点接地方式及其零序保护，以期提供一些借鉴。

[1]付惠琪，袁东升.电力系统中性点接地方式分析及选择[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2006，06：493-496+526.

[2]杨照辉.高速铁路电力系统中性点接地方式探讨[J].电气化铁道，2007，01：10-13.