摘要：通常，大型发电站的中性点接地有严格的可执行标准，但是分布式电源系统结构更加灵活多变，接地方式也不能一概而论，本文结合分布式电源系统的常用系统结构及运行模式，以确定最佳的中性点接地方式。本文旨在分析高低压分布式电源系统典型的接地型式，明确其各自的应用场合及原因，提出适用于分布式发电站的系统接地方式。
关键词：分布式电源 中性点接地 系统结构 运行模式
1.引言
根据电源系统的特性，我们通常可以将电源系统分为两类：分布式电源系统（或称分布式发电系统）及市电电源系统。近年来，分布式电源系统发展非常迅速，尤其以天然气、瓦斯、沼气等为燃料的燃气分布式发电站，以其建站规模小、建设周期短、投资成本低等特点，增长速度非常快，分布地域非常广。随着分布式电源系统的不断发展，行业内相关的可执行标准仍有所欠缺，导致很多分布式电源系统中性点接地设计不当，存在安全运行隐患。
随着发电控制技术不断发展，发电系统的运行模式更加丰富，由早期的孤岛运行或并网运行发展到复合运行模式(可根据系统变化自动切换孤岛或并网运行模式)。通过考察发现，一些发电站电源系统中性点接地方式的选择并不合理，主要可能有以下三类原因导致：一是系统设计时，对系统中性点接地方式要求不明确；二是工程施工不规范；三是用户任意改变发电站的运行模式而忽略了调整中性点接地方式。
2.中性点接地方式概述
我国电力系统的中性点接地方式主要有四种：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地和中性点直接接地。
2.1 中性点不接地的电力系统
我国3kV～60kV的电力系统通常采用中性点不接地方式，其优势是供电可靠性高，在系统发生单相接地故障时，三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能正常运行，根据国家相关标准，该类系统发生单相接地故障后，仍可允许运行2个小时。
2.2中性点经消弧线圈接地的电力系统
若电力系统输电线路较长，中性点不接地系统产生单相接地故障电流过大(≥5A)将导致电弧不能自动熄灭，可将电力系统中性点经消弧线圈接地，降低接地故障电流。
2.3中性点经电阻接地的电力系统
中性点经电阻接地多应用于配网系统中，可以限制系统单相接地故障电流，另外还有降低工频过电压、消除铁磁谐振过电压、减少对通信干扰、增加其它的继电保护等功能。
2.4中性点直接接地的电力系统
中性点直接接地系统，当发生单相接地故障时，短路电流非常大，线路继电保护装置直接保护动作，因此其供电可靠性不如中性点不接地系统，其特点是发生单相接地故障后中性点电位仍是零，非故障相对对地电压仍是相电压，因此电力设备的绝缘水平可仅按相电压设计，降低工程造价，因此，我国110kV及以上系统基本都采用中性点直接接地方式。
3.低压(1kV及以下)系统如何选择中性点接地方式
低压系统中性点的接地方式主要由两方面来确定：一是电力系统（包括发电系统及与该发电系统直接相连的输配电系统）应用场合；二是发电系统运行模式。其中电力系统的应用场合决定了整个系统保护接地的方式，而发电系统的运行模式决定了每台发电机中性点的接地方式。根据GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》的规定，低压系统保护接地的方式可分为TN、TT、IT三种，其中第一个字母表示电源系统的接地方式，第二个字母表示设备金属外壳的接地方式。因此，在确定低压系统中性点接地方式时，应首先明确整个电力系统的保护接地方式，下面将根据系统三种不同的保护接地方式来分析如何选择发电系统中性点的接地方式。
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3.1TN系统下发电系统中性点接地方式的选择
TN接地方式是最常见的一种型式，一般的低压供电场所均是采用这种接地方式，表示电源系统中性点直接接地，设备外壳接零(中性线处于零电位)。需要特别注意的是：我们并不能直接按照“电源系统中性点直接接地”来选择发电机中性点接地方式，还需要结合发电系统运行模式来综合考虑。
3.1.1孤岛运行模式
孤岛运行模式又可分为单机孤岛模式及多机并机模式。在单机孤岛模式下，发电机的中性点可在发电机处直接接地；在多机孤岛模式下，不应在发电机的中性点直接对地连接，多台发电机中性点之间的连接导体应绝缘，其与PE之间应仅有一点连接，且应将连接点设置在总配电屏内。另外，当多台发电机中性点连接在一起之后，发电机之间会流过较大的三次谐波电流，因此，在条件允许的情况下，可以将系统设计为“有且仅有一台发电机的中性点直接接地”，对于分布式发电站来说，这是孤岛模式下最佳的运行方式。
3.1.2并网运行模式
并网运行模式下，因为存在分布式电源系统及市电电源系统，因为市电电源系统的中性点已经接地，所以我们的发电机中性点均无需再接地，以防止中性点上流过较大的谐波电流。当然，发电机中性点之所以能够采用不接地方式还有一个重要的技术支撑，那就是当系统发生单相接地故障时，发电机对地电容电流≤4A（参照GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》执行），单相接地电流的估算公式为：
式中，UN为电力系统额定线电压(kV)；
Ioh为同级电力网具有电的直接联系的架空线路总长度(km)；
Icab为同级电力网具有电的直接联系的电缆线路总长度(km)。
对于低压发电机来说，电压等级低、容量小、电能输送距离短，通常其对地电容电流可以忽略不计了。
3.1.3复合运行模式
发电系统运行于复合模式时，发电机中性点接地方式的设计需要综合考虑以上两种运行模式，即发电机中性点接地方式需要随着运行模式的自动切换而能够自动转换，因此最佳的运行方式是每台发电机中性点可以实现自动投切操作（关于这一点，在国外部分国家有严格的规定，我国尚无明确的规范约束）。另外，有一种特殊应用情况，那就是在系统整个运行过程中，所有的发电机始终与变压器相连，并且变压器的中性点已经直接接地。那么，所有的发电机中性点均无需再做接地处理。
3.2TT系统下发电系统中性点接地方式的选择
TT系统是指电源系统中性点直接接地，设备外壳的接地与电源系统的接地独立。发电系统中性点接地方式的选择与TN系统基本一致，唯一不同的是，TT系统一般只允许在电源处有且仅有一点直接接地，而TN系统通常有多处重复接地。
3.3IT系统下发电系统中性点接地方式的选择
IT系统是指电源系统的所有带电部分均与PE隔离，设备外壳保护接地。在IT系统下，发电机的中性点均不能直接接地，但是可以经过足够高的电阻接地。
4.高压系统如何选择中性点接地方式
在我们的分布式发电站，高压发电机的电压等级通常是6.3kV及10.5kV且电机容量相对偏小（单相接地故障电流较小），然而在10.5kV及以下的高压配电系统中，通常均采用中性点不接地系统，因此，高压发电机的中性点通常是采用不接地方式，以提高系统供电的可靠性。
5.结论
关于电源系统中性点接地方式的选择，需要综合考虑电力系统应用场合、发电系统运行模式，不当的中性点接地将给用电设备及用户带来极大的安全隐患，应引起分布式电源电力设计人员足够的重视！
参考文献：
[1]徐青山.分布式发电与微电网技术.人民邮电出版社，2011，11
[2]郑漳华，艾芊.微电网的研究现状及在我国的应用前景.电网技术，2008(16)
[3]鲁宗相，王彩霞等.微电网研究综述.电力系统自动化，2007，31(19)：100-106
论文作者:王军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
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