（广东电网有限责任公司潮州供电局）
摘要：电力系统是集合了发电、输电、变电、配电和用电等环节的电能生产和消费的系统。由于接入电网中的用户数量不断增多，电力系统的不对称负荷，例如冲击负荷、波动负荷，也越来越多。这些负荷产生的过程中，也产生了高次谐波、三相不平衡电流等问题，严重影响着电网的安全稳定运行和电能质量。电力系统中性点接地方式是一个很重要的综合性问题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。不同的接地方式直接影响到电网运行的安全稳定性，本文将着重对大电流接地的运行方式进行讨论。
关键词：电力系统；大电流接地；运行方式；中性点直接接地
前言
电力系统是集合了发电、输电、变电、配电和用电等环节的电能生产和消费的系统。由于接入电网中的用户数量不断增多，电力系统的不对称负荷，例如冲击负荷、畸变负荷、波动负荷、不对称负荷，也越来越多。这些负荷产生的过程中，也产生了高次谐波、中性点电位位移、系统电压闪变、三相不平衡电流等问题，严重影响着电网的安全稳定运行和电能质量。电力系统中性点接地方式是一个很重要的综合性问题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。不同的接地方式直接影响到电网运行的安全稳定性，我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，本文将着重对大电流接地的运行方式进行讨论。
1、中性点及其接地的几种运行方式
变压器、电动机三相绕组的公共点叫做中性点。电力系统中性点接地方式是指电力系统中的发电机和变压器的中性点与地的连接方式。中性点接地方式不仅是电力系统的技术性问题，也是经济问题。在选择接地的运行方式时，主要考虑系统的现状和未来的规划，寻求资源的最优配置，使电力系统配置达到最优的经济、技术指标。
中性点接地方式可以分为大接地电流系统和小接地电流系统，前者即中性点直接接地电流系统，后者又分为中性点不接地系统和中性点经消弧线圈或电阻接地系统。
中性点直接接地方式，即是将中性点直接接入大地。该系统运行中若发生一相接地时，就形成单相短路，其接地电流很大，使断路器跳闸切除故障。这种大电流接地系统，不装设绝缘监察装置。
中性点不接地，就是在电源中性点不附加任何装置。中性点不接地方式因其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。这种接地方式是中性点非有效接地系统中的一种，实际上可以视为经容抗接地的接地系统。中性点经消弧线圈接地系统，就是在电网中性点装设消弧线圈后，电网发生单相接地时，电网的单相接地电容电流得到了消弧线圈的感性电流的补偿。中性点经电阻接地系统，即在在电网中性点串联接入某一电阻器，泄放单相接地电弧后半波的能量，从而减少电弧重燃的可能性，抑制电网过电压的辐值。
2、目前我国中性点的运行方式
（1）对于1kV以下的电网系统，由于绝缘水平要求低，故障波及范围较小，可以采用任意的中性点运行方式。其中220/380V三相四线制低压电力网，从安全观点出发，均采用中性点直接接地的方式，这样可以防止一相接地时换线超过250V的危险对地电压。
（2）对于1-10kV的电力系统，由于绝缘水平对设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般选择中性点不接地或者经消弧线圈接地的运行方式。
（3）10-60kV的电网系统，考虑到电压等级所需承载的负荷不是很大，网络不是很复杂，绝缘水平对设备造价影响不大，一般选择中性点经消弧线圈接地的运行方式。
（4）对于110kV及以上的电网系统，主要考虑降低过电压和绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的运行方式。
3、中性点直接接地的原理
中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。
如图所示，故障点的零序电压最高，离故障点越远处零序电压越低，变压器中性点接地处零序电压为零。零序电流的数值和分布与变压器中性点接地的多少和位置有关，与电源的数目和位置无关。由于在故障点处，三相不平衡的程度最严重，零序电压最高，可以认为在故障点处有一个零序电源由此产生零序电流，所以故障点的零序功率最大，越靠近变压器的中性点接地处零序功率愈小；在故障线路上，零序功率是由线路流向母线的。在电力系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的，中性点接地的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，接地故障点的零序电流越大。
4、中性点直接接地的优势
（1）有利于电气设备和线路的绝缘水平。电气设备的绝缘水平与中性点的接地方式是紧密相关的，电气设备和线路的绝缘水平除了与长期最大工作电压有关。发生单相接地短路时，中性点的电位接近于零，非故障相的对地电压接近于相电压，系统中电气设备和输电线路的对地绝缘按承受相电压设计，降低了造价。一般来说，中性点直接接地系统的绝缘水平与不直接接地系统的绝缘水平相比，大约可降低20%，所以从过电压与绝缘水平的观点来看，采用接地程度越高的中性点接地方式，越有利于电气设备和线路的绝缘水平。
（2）有利于继电保护工作的可靠性动作。在电力系统实际运行中，继电保护起着重要的安全保证作用，大电流接地系统中的继电保护灵敏性和选择性较好，而小电流接地系统中的接地保护则是个难题。中性点直接接地系统发生单相接地故障时，由于产生了除中性点外的另一接地点，故构成了短路回路，其接地电流很大甚至可能超过三相短路电流的数值，所以保护装置能够迅速而准确地切断故障。
（3）有利于经济效益越。中性点直接接地系统中，发生单相接地时，接地相对地电压为零，未接地相对地相电压基本不变，仍接近于相电压。这样，设备和线路对地的绝缘可以按相电压决定，降低造价，电压等级越高，其经济效益越明显。对于高压系统，如110KV以上的供电系统，电压高，设备绝缘考虑成本不会作得很大，如果中性点不接地，当单相接地时，未接地的二相就要能够承受√ 3 倍的过电压，瓷绝缘子体积就要增大近一倍，原来1米长的绝缘子就要增加到1.732米以上，不但制造起来不容易，安装也是问题，会使设备投资大大增加；另外110KV以上系统由于电压高，杆塔的高度也高，不容易出现单相接地的情况，因而就是出现了接地就跳闸也不会影响多少供电可靠性，因而从投资的经济性考虑，在110KV以上供电系统，我们多采用中性点直接接地系统。
5、中性点直接接地的劣势
（1）中性点直接接地系统产生的接地电流大，巨大的接地电流将在导线周围产生较强的单项磁场，对附近的通信线路和信号回路产生电磁干扰。故对通讯系统的干扰影响也大。当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。
（2）不有利于保护人身安全。不同的中性点接地方式在发生人身触电事故时，流过人身的故障电流以及电弧能量的大小是不一样的，不同的接地方式使得系统断路器的动作时限也不同，所以对触电人员的伤害也会有轻重之分。中性点直接接地系统在运行中若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压，容易对人身安全造成伤害。跨步电压的大小取决于接地点故障电流的大小。当大电流接地方式的电网发生单相接地故障时，在断路器跳闸之前，由于接地故障电流很大，在故障点附近可能形成危险的跨步电压和接触电压。对于城市电网，这种电压的危险性很大。
（4）中性点直接接地系统供电可靠性较低。中性点直接接地系统中发生单相接地时需断开故障设备，中断用户供电，影响供电的可靠性。但中性点直接接地系统的线路上通常都装设有自动重合闸装置。如果单相接地短路时暂时性的，线路接通后恢复对用户的供电。如果单相接地短路是永久性的，继电保护会再次断开电路。据统计，有70%的故障是暂时性的单相接地故障，故重合闸的成功率在70%以上。
（5）单相接地短路时短路电流很大，必须选用较大容量的开关设备，同时也将产生很大的电动力和热效应，可能造成故障范围的扩大和损坏设备。
6、避免中性点直接接地故障时发生安全事故的措施
中性点直接接地系统在运行中若发生单相接地故障时，接地点会产生较大的接触电压和跨步电压，此时工作人员容易发生触电伤害事故。对此只有加强安全教育和正确配置继电保护及严格的安全措施，事故也是可以避免的，具体方法有以下4点。
（1）倒闸操作人员应严格执行电业安全工作规程，严格实行“十个规定动作”。
（2）尽量使电杆接地电阻降至最小。
（3）对电杆拉线或附装在电杆上的接地引下线的裸露部分加护套。
（4）优化继电保护装置，不断优化其快速性和灵敏性，使保护装置在发生故障时能够迅速而准确地切断故障。
7、目前其他各国中性点的运行方式
选择中性点的接地方式，必须充分考虑地区特点、电网结构、供电可靠性、继电保护技术要求、电气设备的绝缘水平、过电压水平、人身安全、对通讯的影响以及运行经验、历史因素等，通过技术经济比较，加以确定。这个问题在不同的国家和地区，不同的发展水平可以有不同的选择。美国中压电网以有效接地方式为主，中性点直接接地方式占72%。英国66kV电网中性点采用小电阻接地方式，而33kV及以下由架空线路组成的配电网，中性点逐步由直接接地改为消弧线圈接地。日本66kV配电网采用中性点电阻接地或消弧线圈接地；6.6kV电网采用不接地方式。法国电力公司(EDF)在1990年前后开始对中压电网中性点接地方式进行改造，将运行了30多年的大电流接地方式全部改为谐振接地方式。
8、展望
中性点不同接地方式对正常稳态运行的电力系统是没有影响的。但当电力系统发生故障时，中性点接地方式就是一个涉及到供电的可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护、通信干扰、系统稳定诸多方面的综合技术问题。随着社会经济的发展和科学技术现代化对电力依赖和消费程度越来越高，对用户供电的可靠性，也不再是靠带单相接地故障运行2h来保证，而是靠电网结构和电力调度控制来保证。为满足今后电力发展的需要，必须实际的运行方式及未来的规划，对电网中性点接地方式进行选择确定，从而达到中性点接地方式的优化。
参考文献
[1]《电力系统中性点接地方式选择、设计、施工、运行与改造实用手册》当代中国音像出版社.
[2]林跃斌.大电流接地系统中110kV主变中性点接地方式的选择[J].科技与生活，2011(20).
[3]李言平.电力系统中性点接地运行方式综述.经济技术协作信息.2010(10)：189-189.
[4]于红,鲁宝安. 电力系统中性点选择方式. 黑龙江科技信息，2010(3):25-25.
论文作者:张璐骅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
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