鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)以110kV、35kV、10kV三個電壓等級應(yīng)用較為普遍，隨著鋼鐵企業(yè)重組和兼并步伐的加快，其企業(yè)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，而且采用電纜線路的用戶日益增加，使得系統(tǒng)單相接地電容電流不斷增加。電氣設(shè)備設(shè)計規(guī)范中規(guī)定35kV電網(wǎng)如果單相接地電容電流大干10A，3～10kV電網(wǎng)如果接地電容電流大于30A，都需要采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，而《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》規(guī)定“35kV、10kV城網(wǎng)，當(dāng)電纜線路較長、系統(tǒng)電容電流較大時，也可以采用電阻方式”。

　　[摘要]文章結(jié)合鋼鐵企業(yè)電壓等級和電網(wǎng)特點，對不同的中性點接地方式：中性點不接地、中性點經(jīng)電阻接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和直接接地方式從可靠性、安全性、以及維護等方面進行了分析，提出了適用不同企業(yè)電網(wǎng)供電電壓中性點接地方式的建議。

　　[關(guān)鍵詞]中性點接地方式,電阻接地,消弧線圈接地

　　引言

　　在區(qū)域電網(wǎng)或企業(yè)電網(wǎng)的規(guī)劃中，中性點的接地方式問題也常引起多方面的關(guān)注，世界各國也有不同的觀點及運行經(jīng)驗，有必要作一比較分析。

　　1中性點經(jīng)電阻接地方式

　　中性點經(jīng)電阻接地方式分經(jīng)小電阻和高電阻接地方式兩種。

　　中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)就是中性點通過一個小電阻接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，無論故障是瞬時性的還是永久性的，均通過流過接地點的電流來啟動零序保護使斷路器跳閘，切斷故障線路。世界上以美國為主的部分國家采用中性點經(jīng)小電阻接地方式，原因是對弧光接地過電壓的危害性認識充分，而采用此種方式，用以泄放線路上的過剩電荷，來限制此種過電壓，主要優(yōu)缺點如下：

　　(1)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，健全相電壓不升高或升幅較小，對設(shè)備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

　　(2)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，能可靠的動作切除接地線路。這種接地方式可以有效地防止非瞬時性單相接地故障發(fā)展成相間短路故障，提高零序保護的零敏度，快速切除故障線路，保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行，但同時，無論故障是永久性還是非永久性的，故障線路均跳閘，因此線路跳閘次數(shù)較多，一定程度上損害了用戶供電的可靠性，供電的可靠性降低了。

　　(3)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于接地故障電流大，在斷路器跳閘之前，故障點和中性點附近會形成危險的接觸電壓和跨步電壓，可能會對工作人員的人身安全構(gòu)成威脅。

　　(4)由于接地點的電流較大，當(dāng)零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。

　　(5)大接地電流將對通訊、數(shù)據(jù)傳輸、導(dǎo)航等系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重電磁干擾。

　　中性點經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)就是中性點通過一個高電阻接地，由于高電阻接地方式的接地電流被限制到很小，當(dāng)發(fā)生接地故障時并不要求立即切除故障，保護裝置只是檢測故障并發(fā)出信號，允許繼續(xù)運行l(wèi)～2h，可保證供電的連續(xù)性和可靠性。電網(wǎng)中性點經(jīng)高阻接地后對間歇性電弧接地過電壓和串聯(lián)諧振過電壓有較大的抑制作用，從而有效地防止了異常過電壓對電機、電纜絕緣的危害，保證了用電設(shè)備的安全運行。缺點是當(dāng)接地故障電流較大時，持續(xù)的故障電流所引起的熱效應(yīng)，會使電纜在接地故障處的相間絕緣因過熱燃毀而發(fā)展為相間短路。所以，當(dāng)電網(wǎng)的電容電流較小時，可采用中性點經(jīng)高電阻接地的方式。

　　2中性點不接地方式

　　中性點不接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資經(jīng)濟、運行方便。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，三相的相電壓是對稱的，各相的對地電壓均為相電壓，三相的對地電容電流相等，分別超前相電壓90。，三相的對地電容電流三相和為零。在發(fā)生單相接地故障時，由于接地電流很小，若是瞬時故障，一般能自動熄弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統(tǒng)的對稱性，此時非故障相對地電壓升高為原來的1.732倍，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備或電纜絕緣等級相應(yīng)提高，而相間電壓對稱性并未破壞，不影響該相用電設(shè)備的供電。當(dāng)單相接地電容電流不大時，所引起的熱效應(yīng)為電網(wǎng)各元件的絕緣所能承受，根據(jù)運行規(guī)程，故允許電網(wǎng)帶接地故障繼續(xù)運行1～2h時間。從而獲得排除故障時間，提高了供電的可靠性。

　　但這種帶故障運行不能長此下去，以免在另一相又接地時形成兩相接地短路，這將產(chǎn)生很大的短路電流，可能損壞線路和設(shè)備。因此這種中性點不接地系統(tǒng)中性點是絕緣的，電網(wǎng)對地電容中儲存的能量沒有釋放通道，必須裝設(shè)單相接地保護或絕緣監(jiān)視裝置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，發(fā)出報警信號或指示，以提醒運行值班人員及時采取措施，查找和消除接地故障。

　　根據(jù)具體工程，計算出電網(wǎng)單相接地電容電流，如對架空線構(gòu)成的配電系統(tǒng)小于10A，對于電纜構(gòu)成的配電系統(tǒng)小于30A，可采用不接地系統(tǒng)。以充分發(fā)揮經(jīng)濟、有效的優(yōu)點。

　　3中性點直接接地

　　中性點直接接地方式，可以消除接地繼電器不能準確動作以及電弧接地造成過電壓的危險；同時由于在這種工作方式的系統(tǒng)內(nèi)，電氣設(shè)備絕緣要求較低，按相電壓考慮，價格比較便宜，而且不需要另外的接地設(shè)備，總的投資比較低廉。尤其對于110KV及以上的系統(tǒng)，由于絕緣費用比較高，因此經(jīng)濟性更為顯著。對于380V及以下的低壓系統(tǒng)，還可以利用相電壓作為照明電源，節(jié)省變壓器及有色金屬的消耗。

　　在直接接地系統(tǒng)中，由于短路電流很大，有些情況下，單相短路電流甚至還要超過三相短路電流，因此要選擇開斷容量較大的開關(guān)設(shè)備。當(dāng)單相短路電流過大時，正序電壓降低很多，以致使系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且對通信線路有強烈的干擾。

　　4中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

　　1917年首臺消弧線圈在德國投運以來的運行經(jīng)驗表明，帶消弧線圈的中性點接地方式廣泛適用于中壓電網(wǎng)，在世界范圍有德國、中國、前蘇聯(lián)和瑞典等國的中壓電網(wǎng)均長期采用此種方式，顯著提高了中壓電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行水平。

　　中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，即是將中性點通過一個消弧線圈接地。中性點經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)點在于其能迅速補償中性點不接地系統(tǒng)單相接地時產(chǎn)生的電容電流，減少弧光過電壓的發(fā)生。雖然中性點不接地系統(tǒng)具有發(fā)生單相接地故障仍可以繼續(xù)供電的突出優(yōu)點，但也存在產(chǎn)生間歇性電弧而導(dǎo)致過電壓的危險，當(dāng)接地電流大于10A時，產(chǎn)生的電弧往往不能自熄，造成弧光接地過電壓概率增大，不利于電網(wǎng)安全運行。而消弧線圈是一個具有鐵心的可調(diào)電感，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，接地電流通過消弧線圈時呈電感電流，對接地電容電流進行補償，使通過故障點的電流減小到能自行熄弧范圍。而當(dāng)電流過零而電弧熄火后，消弧線圈尚可減少故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減少了電弧重燃的可能，有利于單相接地故障的消除。此外，通過對消弧線圈分接開關(guān)的操作，使之能在一定范圍內(nèi)達到過補償運行，從而有

　　效減小接地電流。這可使電網(wǎng)得以持續(xù)運行一段時間，相對地提高了供電可靠性。

　　雖然中性點經(jīng)消弧線圈接地方式有供電可靠性高的突出優(yōu)點，但也存在著以下不足：

　　(1)零序保護無法檢出接地的故障線路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地時由于接地點殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補償狀態(tài)，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，戰(zhàn)零序過流、零序方向保護難以檢測出已接地的故障線路。

　　(2)因目前運行在中壓電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，在線實時檢測電網(wǎng)單相接地電容電流困難，有載調(diào)匝技術(shù)尚不成熟，故在運行中難以根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時進行調(diào)節(jié)，所以補償作用沒有得到充分發(fā)揮，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過電壓問題。

　　(3)消弧線圈本身是感性元件，與對地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓。中性點經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率，還是不能徹底消除弧光接地過電壓，也不能降低弧光接地過電壓的幅值。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，如果接地電流較大，接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。實踐證明，當(dāng)接地電流大于30A時，一般形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀線路和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5～10A，但小于30A，則有可能形成間歇性電弧，這是由于電網(wǎng)中電感和電容形成了諧振回路所致。間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，從而危及整個電網(wǎng)的絕緣。如果接地電流在5A以下，當(dāng)電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。

　　5中性點接地方式的選擇原則

　　為了合理地選擇中性點接地方式，對電網(wǎng)中的電容電流進行計算和測量是首當(dāng)其沖的依據(jù)，一般地，電網(wǎng)單相接地電容電流有以下幾部分構(gòu)成：

　　(1)系統(tǒng)中所有電氣連接的全部線路(電纜線路、架空線路)的電容電流；

　　(2)系統(tǒng)中相與地之間跨接的電容器產(chǎn)生的電容電流；

　　(3)因變配電設(shè)備造成的電網(wǎng)電容電流的增值。

　　所以，系統(tǒng)中的電容電流可按下式計算：

　　∑Ic=(∑I0c1+∑Ic2)(1+k％)式中：∑Ic――電網(wǎng)上單相接地電容電流之和；

　　∑Ic1――線路和電纜單相接地電容電流之和；

　　∑Ic2――系統(tǒng)中相與地間跨接的電容器產(chǎn)生的電容電流之和；

　　k％――配電設(shè)備造成的電網(wǎng)電容電流的增值(一般地，10kV系統(tǒng)取16％，35kV系統(tǒng)取13％)。

　　在對電網(wǎng)上單相電容電流計算的基礎(chǔ)上，為了準確選擇和合理配置，也可對系統(tǒng)運行中單相電容電流進行實測，以對理論計算與實測結(jié)果進行對比。

　　在選擇系統(tǒng)的中性點接地方式時，除了計算電容電流外，要從運行可靠性、操作方便、使用安全、投資經(jīng)濟等方面考慮，并要根據(jù)電壓等級的不同要求分別對待。

　　5.1110kV及以上系統(tǒng)

　　由于電壓等級較高，設(shè)備投資所占的費用最大，設(shè)備費用主要根據(jù)絕緣決定，所以在選擇中性點接地方式時，首先要考慮降低其絕緣的要求。對于中性點不接地的系統(tǒng)而言，因為要考慮到單相接地后的持續(xù)送電情況，所以設(shè)備的最大工作電壓要按線電壓考慮。而在中性點接地系統(tǒng)中，即使考慮單相接地故障時，另兩相出現(xiàn)的工頻電壓有所提高，一般不高于相電壓的1.32倍，即線電壓的0.765倍，兩者相差30％，于是在接地系統(tǒng)中，變壓器等主設(shè)備的絕緣要求可降低30％，有效降低造價。

　　同時在中性點接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過電壓也比較低，電器設(shè)備絕緣的工頻試驗電壓可相應(yīng)地降低。另外在這種系統(tǒng)中，線路一般比較長，接地電流中的有效電流過大，消弧線圈失掉消弧作用，所以不宜采用消弧線圈接地，而采用直接接地系統(tǒng)。

　　5.23～66kV系統(tǒng)

　　根據(jù)運行經(jīng)驗，該電壓等級范圍內(nèi)的線路故障絕大部分是單相接地故障，消弧線圈一般都可將故障消除，即使在金屬短路事故不能消除時，系統(tǒng)仍可在一定期間內(nèi)繼續(xù)送電。而中性點接地系統(tǒng)只能立即跳閘、中斷送電；同時在中性點接地系統(tǒng)中，短路電流過大，斷路器選擇要求高，而且對于通訊的干擾也大一些，因此一般采用消弧線圈接地系統(tǒng)。但當(dāng)系統(tǒng)接地電流小時，如3～10RV系統(tǒng)中，接地電流小于30A；20～66kV系統(tǒng)中，接地電流小于10A，由于電弧可以自行熄滅，不需裝消弧線圈，因此可采用中性點不接地方式。

　　供配電系統(tǒng)采用中性點經(jīng)低電阻的接地方式，雖能可靠的切除接地故障線路，但會帶來供電可靠性降低、威脅人身及設(shè)備安全，干擾通訊系統(tǒng)等不良后果。因此可選擇性地應(yīng)用在供電可靠性要求不高，主要由電纜線路構(gòu)成、單相接地故障電容電流較大的供配電系統(tǒng)中。根據(jù)接地故障電流大小，劃分低電阻或高電阻接地。當(dāng)接地故障電流大于或等于100A而小于或等于1000A時，為低電阻接地方式；接地故障電流小于10A時，為高電阻接地方式。

　　5.3500V以下系統(tǒng)

　　在低壓系統(tǒng)中，線路分布較廣，電氣設(shè)備又多，人接觸的機會也比較頻繁。因此在選擇低壓系統(tǒng)的接地工作制時，必須重點考慮運行安全可靠，并兼顧經(jīng)濟性。

　　從運行安全的觀點來看，在380／220V交流和440／220V直流三線制系統(tǒng)中，中性點接地可以防止導(dǎo)線對地電壓的嚴重不對稱性，并可限制對地電壓不超過250V，這個電壓一般雖屬于低壓范疇，但當(dāng)人觸及載流導(dǎo)線時，同樣容易發(fā)生危險。

　　從經(jīng)濟合理的觀點來看，因為在低壓線路中除了電力線路以外，還有照明線路，如果采用中性點接地系統(tǒng)，則照明及動力可采用共用線路，既節(jié)省線路投資，又節(jié)省照明專用變壓器。而在中性點不接地系統(tǒng)中，需要絕緣監(jiān)視裝置，以保證線路絕緣良好，防止發(fā)生絕緣不良及雙重接地事故，因而投資費用會增大。

　　6結(jié)語

　　中性點接地方式的選擇比較復(fù)雜，需根據(jù)供電可靠性要求、以及電網(wǎng)和線路結(jié)構(gòu)、過電壓與絕緣配合、繼電保護要求、人身和設(shè)備安全、對通訊及電子設(shè)備的電磁干擾等進行技術(shù)分析，權(quán)衡利弊確定適當(dāng)?shù)慕拥胤绞�。在供電可靠性要求不高，且單相接地故障電容電流較大時，可采用低電阻接地方式；在供電可靠性要求高，當(dāng)單相接地故障電容電流小于10A時，可采用不接地方式或高電阻接地方式；智能化的消弧線圈接地方式適用性較廣，可滿足供電可靠性、運行安全、經(jīng)濟合理性的要求。

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