許一晴

（ 320586198311086613 蘇州宏翊電氣科技有限公司）

淺析中性點接地的方式及接地故障保護的配置

許一晴

（ 320586198311086613 蘇州宏翊電氣科技有限公司）

我國電力系統(tǒng)當中，中性點接地的主流方式包括經(jīng)消弧線圈、不接地以及直接接地三種。電力系統(tǒng)運行中可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，接地故障作為電力系統(tǒng)中最為常見的故障，據(jù)統(tǒng)計占到高壓線路總故障次數(shù)的70%以上。由于中性點使用的接地方式有異，電力系統(tǒng)當中發(fā)生接地方面故障的原因、性質(zhì)和危害程度也不相同，我們可以根據(jù)不同的接地方式而配置有效的電網(wǎng)接地故障保護，這對于保護電力線乃至整個電力系統(tǒng)有著重要意義。

中性點 接地方式 絕緣監(jiān)察裝 消弧線圈

引言

電力系統(tǒng)的中性點是指三相系統(tǒng)做星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。在我國電力系統(tǒng)當中，中性點接地的主流方式包括經(jīng)消弧線圈、不接地以及直接接地三種。其中，前兩者即經(jīng)消弧線圈和不接地線圈系統(tǒng)被稱作小型接地電流系統(tǒng)，而后者被稱作大型接地電流系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中性點的工作方式是一個比較復(fù)雜的綜合性技術(shù)問題，不論采用哪種工作方式，都會涉及到一系列問題，包括供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、絕緣和過電壓的契合程度以及繼電保護與自動裝置動作設(shè)定等，下面就中性點的三工種作方式及在不同的中性點接地方式下，需配置哪些接地保護裝置分別加以分析。

1. 中性點直接接地系統(tǒng)

1.1 接地故障分析

1.1. 1 接地故障的基本特征分析。正常運行及三相短路時，因為系統(tǒng)三相是對稱的，三個相電壓和電流向量之和都為零，正因為此并不存在零序電流和電壓。在這種條件下，其中兩相短路情況下也不存在零序電流和電壓。在一相發(fā)生接地短路的情況下，例如某相發(fā)生接地故障，由于某相電壓等于零，系統(tǒng)將會產(chǎn)生零序電壓和零序電流。發(fā)生兩相接地短路時，也會出現(xiàn)零序電壓和零序電流。

1.1.2 單相接地短路時的零序分量。單相接地短路時，零序電流為通過故障點短路電流的1/3，二者的相位相同，均由電源流向故障點，零序電流的分布取決于變壓器中性點接地的分布情況，與電源的數(shù)目無直接關(guān)系。故障點的零序電壓，為非故障相電壓向量和的1/3，方向由線路指向大地。零序電壓的分布，在故障點，由于故障相電壓等于零，三個電壓最不對稱，故零序電壓最高，離接地故障點越遠，離接地中性點越近的地方，零序電壓越低。單相接地短路時，零序功率與短路功率相等，其方向由故障點流向電源。

1.2 中性點直接接地系統(tǒng)的零序保護配置

1.2.1 零序電流保護（三段式）

1.2.1.1 瞬時零序電流速斷（零序Ⅰ段保護）。這一條件下動作電流根據(jù)避免被保護線路末端發(fā)生接地短路瞬間流過裝置零序電流的最大值來確定。保護靈敏度按保護范圍的長度來檢驗，在最小運行方式下，要求保護范圍不小于線路全長的15%。在發(fā)生接地故障時保護瞬時動作，不能保護線路全長。

1.2.1.2 時限零序電流速斷保護（零序II段保護）。這一條件下的動作電流根據(jù)避免零序保護I段的末端發(fā)生接地短路條件下瞬時最大零序電流來確定。此后的靈敏度測試標準值應(yīng)當根據(jù)這一線路末端短路發(fā)生時整個裝置的零序電流最小值來確定。保護的動作時間比下一線路零序I段的動作時間多一個△t。

1.2.1.3 零序過電流保護（零序III段保護）。其動作電流按躲過下一線路始端方發(fā)生三相短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，根據(jù)運行經(jīng)驗一般取2—4A即可。保護的靈敏度按保護區(qū)末端接地短路 時的最小零序電流來校驗，當做本線路的后備保護時，要求靈敏度大于2，當做下一線路的后備保護時，要求靈敏度大于1.5。保護的動作時限與下一級線路的零序III段保護相配合。

1.2.2 零序方向電流保護（三段式）。在使用兩側(cè)電源供電的電網(wǎng)系統(tǒng)當中，如果雙側(cè)的變壓器中性點都存在接地的現(xiàn)象，在此系統(tǒng)線路發(fā)生短路時，零序電流從故障點分成兩個支路分別流向兩側(cè)接地的中性點。在這種情況下，就需要在三段式零序電流保護的基礎(chǔ)上，加裝方向元件來保證保護動作的選擇性，就構(gòu)成了三段式零序方法電流保護。

2. 中性點不接地系統(tǒng)

2.1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地（以完全接地為例）時基本特點

2.1.1 零序電壓及分布。是指單相接地并且電壓（對地電壓）為零，其余兩相的電壓（對地電壓）升高三倍，中性點的電壓與正常運轉(zhuǎn)的相電壓相等但是相對位置發(fā)生移動；這種情況下零序電壓會在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生并且電壓值處處相同，數(shù)值與正常運行時無異。

2.1.2 零序電流及分布。接地相電容電流為零，其它兩相電容電流隨對地電壓而增大3倍，由此而導(dǎo)致零序電流的產(chǎn)生；系統(tǒng)內(nèi)其他線路電流和電容的綜合與故障線路始端的零序電流相等；此時其他正常運行線路的零序電流從母線開始流至各線路，大小為本線路的電容電流。

2.2 中性點不接地系統(tǒng)采用的接地保護裝置

2.2.1 絕緣監(jiān)察裝置。利用中性點不接地系統(tǒng)正常時沒有零序電壓，接地故障時出現(xiàn)零序電壓的特點，可裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。絕緣監(jiān)察裝置主要靠電壓互感器開口三角的二次線圈所反應(yīng)的零序電壓來實現(xiàn)。這種裝置的動作是無選擇性的，能分清接地相別卻不能具體到接地線路。通常需要值班人員用依次用手動斷開斷路器的方法進行選線，只適合出線較少的變電站。

2.2.2 零序電流保護裝置。當中性點不接地系統(tǒng)中接地故障發(fā)生時，故障發(fā)生處于非故障線路相比零序電流更大，也正因為這一特征，從業(yè)者可以選擇配備零序電流保護裝置，其中的電流保護裝置電流大于本線路電流數(shù)即可。通過流過保護的最小零序電流來校驗保護的靈敏度，此種保護一般動作于信號。

2.2.3 零序方向保護裝置。根據(jù)故障和非故障電路始端的不同零序電流流向來對零序方向進行保護，優(yōu)點在于其可選擇性。

3. 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

3.1 消弧線圈的作用

消弧線圈是一個帶鐵芯的可調(diào)的電感線圈，連接在發(fā)電機或變壓器的中性點與大地之間。當發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈會形成一個與接地電容電流等大小，反方向的電感電流，能補償接地電容電流，使接地點的電流減小或近于零，從而消除接地故障點的電弧及由電弧造成的危害，確保系統(tǒng)安全運行。

3.2 消弧線圈的補償方式

3.2.1 全補償。全補償主要是指在消弧線圈的電流電感與補償接地電容電流正好相抵沒有盈余導(dǎo)致接地點電流為零的情況，然而這種方法在實際操作當中很難適用。因為正常運行時，各相對地電壓不完全對稱，致使在未發(fā)生接地的情況下，中性點與地之間產(chǎn)生一定電壓，此電壓將引起串聯(lián)諧振過電壓，危及電網(wǎng)的絕緣。

3.2.2 欠補償。欠補償主要是指在消弧線圈中的電流電感難以補償接地的電流電感導(dǎo)致接地點存在虧欠補償電流電容的情況。與前者相同，此方式在實際當中普及程度也很有限。這是由于欠補償機制下的系統(tǒng)一旦部分電路效率下降或者被中斷時，將使網(wǎng)絡(luò)電容電流減少，可能造成全補償，也會出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓。

3.2.3 過補償。過補償是指當電感電流大于接地電容電流，接地點的電容電流補償后仍存在盈余的情況。這種方式之所以被廣泛采用原因是可以協(xié)調(diào)串聯(lián)諧振電壓。采用這種方式的條件下時，隨著電力系統(tǒng)發(fā)展，線路增加，系統(tǒng)對地電容增加后，因原有消弧線圈留有一定的裕度，仍可繼續(xù)使用。

結(jié)語 在我國，一般來說，110Kv及以上電壓等級電網(wǎng)，均采用大接地電流系統(tǒng)，而3—10Kv電網(wǎng)，則為小接地電流系統(tǒng)。在大電流接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時由于接地故障電流較大，保護裝置均作用于跳閘。而在這種接地系統(tǒng)條件下，單相接地情況發(fā)生時電壓仍處于對稱狀態(tài)，相對電流較低，對于復(fù)合供電沒有負面影響，允許帶接地點運行一段時間，因此小電流接地系統(tǒng)的接地保護裝置常動作于信號。

[1]紀建偉 電力系統(tǒng)分析 中國電力出版社 2012年

[2]邰能靈 現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護原理 中國電力出版社2012年

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1007-6344（2015）12-0040-01