电力系统中性点接地方式及其运行分析研究设计.docx

1、摘要电力系统中性点接地方式是一个非常综合的技术问题，它与电网电压等级、电网结构、对象类型、绝缘水平、供电可靠性、继电保护、电磁干扰、人身安全都有很大的关系。电力系统中性点接地方式的选择涉及到技术水平、经济发达程度和安全性等多个方面，基于各个国家和地区电力技术的水平、条件和运行经验等因素的不同，中性点接地方式也不尽相同。掌握各级电力系统中性点采用何种接地方式，对于电力系统专业的学生以及实际操作的工作人员都具有很重要的理论和现实意义。本论文简单介绍了各种中性点接地方式在国内外的发展和现状，并对中性点不同接地方式进行对比，包括中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地，中性点不接地，中性点经电阻接地四种常

2、见接地方式的特点和问题，并对其各自的原理、适用范围和优缺点等进行理论分析。通过具体算例（10kV大型公共设施供电系统）来建立数值计算模型，对不同中性点接地方式电网的过电压等级和短路电流大小进行计算，根据相关标准规范，选定恰当的中性点接地方式及接地设备。关键词：配电网；中性点接地方式；单相接地故障；短路电流ABSTRACTIt is an important technical problem to neutral grounding mode of the electric power system which associates with voltage level, network st

3、ructure, object type, insulation level, and reliability of power supply, protective relaying, electromagnetic interference, and personal safety. The selection of neutral grounding mode is relevant to many aspects such as technology level, economic development and security demand. The selection of th

4、e neutral grounding mode varies according to the level of electric power technology, operation experience and other factors of the power system. For the power system professional students and the actual operation staff, mastering the selection of neutral grounding mode under different conditions has

5、 a very important theoretical and practical significance.In the thesis, the development and current status of the neutral grounding technologies at both home and abroad are been introduced, as well as the theoretical analysis of the advantages and disadvantages of different modes, including direct n

6、eutral grounding, neutral grounding through arc suppression coil, neutral ungrounding and neutral grounding through resistance.Numerical model is been created through specific examples (10kv large public facilities supply system). Calculate the overvoltage and short circuit current level in differen

7、t neutral grounding modes, selecting appropriate neutral grounding mode and equipment according to relevant principle.Key words: Power distribution network, Neutral grounding mode, Single-phase grounding fault and Short-circuit current.目录_Toc357347651第1章绪论1.1论文研究的目的和意义11.2中性点接地方式在国外的发展和现状11.3中性点接地方式

8、在我国的发展和现状31.3.1中性点接地方式在我国的发展31.3.2目前我国的10KV配电网中性点接地方式51.4本论文的主要内容6第2章中性点接地方式的选择2.1电力系统中性点接地方式的类型72.1.1中性点有效接地方式72.1.2中性点非有效接地方式82.2影响中性点接地方式的主要因素92.2.1供电可靠性92.2.2电气设备与线路的绝缘水平102.2.3继电保护的可靠性102.2.4人身安全112.2.5设备安全112.2.6通信干扰122.2.7其他影响因素13第3章四种常见的中性点接地方式3.1中性点不接地方式143.1.1中性点不接地原理综述143.1.2中性点不接地运行状况分析1

9、43.1.3中性点不接地系统的特点153.2中性点经消弧线圈接地方式163.2.1中性点经消弧线圈接地原理综述163.2.2中性点经消弧线圈接地运行状况分析163.2.3中性点经消弧线圈接地系统的特点173.3中性点经电阻接地方式183.3.1中性点经电阻接地的运行原理183.3.2以电缆线路为主的城市电网的特点5183.3.3中性点经电阻接地系统的分类193.3.4中性点经电阻接地系统的特点193.4中性点直接接地方式203.5中性点接地方式的比较21第4章10kV配电网中性点接地方式分析确定4.110kV配电网电路结构图234.2单相接地故障计算254.2.1开关1断开，开关2断开274.

10、2.2开关1闭合，开关2断开284.2.3开关1断开，开关2闭合294.2.4开关1闭合，开关2闭合304.310kV配电网接地方式的选择304.4柴油发电机供电状态下的故障计算314.4.1并列开关断开状态334.4.2并列开关闭合状态344.5柴油发电机供电状态下中性点接地方式的选择344.5.1发生单相接地故障时不要求瞬时切机354.5.2发生单相接地故障时要求瞬时切机35第5章总结与展望39参考文献40致谢42第1章绪论1.1论文研究的目的和意义在电力系统中，我们把变压器和发电机的中性点与大地之间的连接方式称之为电力系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是人们为防止电力系统事故而采

11、取的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切相结合的特点，是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。电力系统的电压等级较多，不同额定电压电网的中性点接地方式也不尽相同，从而使得电力系统的中性点有多种接地方式。确定电力系统的中性点接地方式是一个技术问题，必须综合考虑电网与线路结构、过电压保护与绝缘配合、继电保护构成与跳闸方式、供电可靠性与连续性、设备安全与人身安全以及对通信和电子设备的电磁干扰等诸多因素3。在不同地区、不同电压等级以及不同发展阶段中性点接地方式是不相同的，因此在选择电力系统中性点接地方式时，应从实际出发，对各种接地方式进行技术经济分析，因地制宜，因时制宜1。近年来随着城市发展和

12、电网建设的不断加强，电网得到了快速地发展，电缆线路在电网中也得到了大量应用，这给原来以架空线路为主的电网带来了新的课题。其中一个重要的问题就是输电线路单相接地故障时接地点故障电流增大，不易息弧，从而引发故障扩大和设备过电压绝缘损坏等问题2。电力系统中性点接地方式与系统中频繁的单相接地故障关系最为密切，因此，研究电力系统中性点接地方式的主要目的在于正确认识并有效的解决电力系统中最常见的单相接地故障问题5，将其不良后果降到最低限度，以提高系统的运行绩效，使效益投资比更高、运行维护费用更低。在选定方案的决策过程中，必须根据系统的现状和发展规划进行全面的技术经济比较，避免因失误造成不良后果，从而保障电

13、力系统能够安全稳定的运行。1.2中性点接地方式在国外的发展和现状世界各国对电力系统中性点接地方式的选择没有一个统一的标准，不同国家以及同一个国家中的不同城市都不完全相同，主要是依据本国的运行经验和传统来确定的。在电力系统发展初期，由于系统容量较小，电力设备的中性点都采用直接接地的运行方式。随着电力系统的不断发展和扩大，单相接地故障增多，导致线路断路器经常跳闸，造成频繁的停电，于是人们将中性点直接接地方式改为中性点不接地方式运行。此后，由于工业快速发展，使电力系统传输容量增大、传输距离变长，电压等级升高，电力系统在这种情况下发生单相接地故障时，故障点的接地电弧不能自行熄灭，而且因间歇电弧接地产生

14、的过电压往往又使事故扩大，显著降低了电力系统的运行可靠性。为了解决电力系统中的这些问题，德国的彼得生教授于1916年和1917年先后提出了中性点经消弧线圈接地和经电阻接地，并且分别为当时世界上两个工业强国美国和德国所采用。其中德国采用了中性点经消弧线圈的接地方式，自动消除瞬间的单相接地故障，美国则采用了中性点直接接地、经低电阻的接地方式，并配合快速机电保护装置瞬间跳开故障线路。这两种具有代表性的中性点接地方式对世界各国中压电网中性点接地方式的发展产生了很大的影响。德国自1917年开始便在各种电压等级的电力网中大量采用中性点经消弧线圈接地的电力系统谐振接地方式，在30220KV的电网中都采用了这

15、种接地方式，甚至在柏林市的30KV、1400km电容电流高达4000A的电缆配电网中，也采用了中性点经消弧线圈接地方式。德国电网Leipzig公司110/10KV变压器为Y/Y接法，10KV电网中性点经消弧线圈接地，消弧线圈附加回路装设大功率电阻（1.4，2000A/s）,系统出现接地后，接地信号启动短时（0.1s）投入该电阻，相当于系统短时接入低电阻接地，增大了接地电流，通过保护继电器的测量发现接地线路并发出报警指示，快速隔离故障线路16。此后德国莱茵电力公司认为电缆网络的中性点还是通过低电阻接地比较合适，最近有资料显示，德国对消弧线圈的使用开始日渐减少。美国各电力公司在中压配电网中，中性点

16、的接地方式很不统一。早期广泛采用快速切除故障方式，因此一直采用中性点直接接地和经低电阻、低电抗的接地方式，并配合快速继电保护和开关装置瞬时跳开故障线路。目前在城市供电网中（2277KV）中性点直接接地或经低电阻接地的占71%，经消弧线圈接地的占12%，不接地的占10.5%，经小电抗接地的占6.5%。这是因为美国基本为私营电力企业，系统的备用容量大，网架结构好，供电可靠性高8。英国的132KV电网全部采用直接接地，因为它的投资最经济，故障的选择性较好，66KV电网中性点采用经电阻接地方式，而对33KV及以下由架空线路组成的配电网改为经消弧线圈接地；由电缆组成的配电网仍采用中性点经低电阻接地。日本

17、东京电力公司配电网中性点接地方式随电压等级不同而不同：66KV配电网采用电阻接地，电抗接地和消弧线圈接地，22KV配电网采用电阻接地，6.6KV电网采用不接地方式运行。日本的情况很不统一，1133KV配电网中性点接地方式大体如下：中性点经消弧线圈接地占28%，经电阻接地占30%，直接接地占2%，不接地占40%。前苏联的110KV电网中性点采用直接接地、或经消弧线圈接地，低压电网中性点采用直接接地，1035KV电网中性点采用消弧线圈接地或不接地方式运行。前苏联规定在下列情况下采用中性点不接地方式：6KV电网单相接地电流小于30A；10KV电网单相接地电流小于20A；1520KV电网单相接地电流小

18、于15A；35KV电网单相接地电流小于10A。如果单相接地电流超过上述各值，则需采用中性点经消弧线圈接地方式。世界各国的配电网中性点在五十年代前后大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，到六七十年代以后有的采用直接接地和低电阻接地方式，有的采用经消弧线圈接地方式。1.3中性点接地方式在我国的发展和现状1.3.1中性点接地方式在我国的发展在建国初期，我国的配电网完全参照前苏联的规定，对366KV电网的中性点主要采用不接地或经消弧线圈接地两种方式。但在上述两种接地方式中有一个关键的问题没有得到彻底解决，那就是单相接地故障的快速、准确选线与定位。八十年代中期，我国城市10KV配电网中电缆线路逐渐增

19、多，电容电流不断增大，而且运行方式经常发生变化，消弧线圈调谐存在很大的困难，当发生单相接地时间一长，往往发展成为两相短路，对此国内开始重新考虑合适的接地方式。从1987年开始，广州部分变电站为了满足10kV电缆较低的绝缘水平，采用了中性点经低电阻接地的方式。随后深圳根据其10kV配电网电缆不断增加的实际，从1995年开始实施10kV配电网中性点采用低电阻接地方式的工程。天津电缆网比较多，过去以消弧线圈接地为主，现在对35kV电缆网试行中性点经低电阻接地方式，运行情况正常；苏州工业园区，其配电网采用20kV供电，全部为电缆线路，中性点也采用低电阻接地的运行方式，自1996年正式投运至今，运行正常

20、。上海在90年代对35kV配电网全面采用低电阻接地的运行方式13。1997年在合肥召开的高压技术年会上，与会各界学者对城市电网中性点接地方式问题进行了热烈的讨论并达成共识：配电网中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问题，中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地各具其优缺点，应结合电网具体条件，通过技术经济比较确定。针对上述情况，原国家电力工业部颁布的新规程即国家电力行业标准DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中，对有关335KV系统接地方式和运行中出现的各种电压做出了重大修改：(1)增补了电力系统电阻接地方式，根据国内中性点经小电阻接地的运行经验，对6-35kV主要由电

21、缆线路构成的系统，其单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地的运行方式。(2)对于6-10kV系统以及发电厂厂用系统，其单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地的运行方式。现将DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中相关规定摘录如下20：3kV10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式： a)3kV10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A。

22、b)3kV10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为： 1)3kV和6kV时，30A； 2)10kV时，20A。 c)3kV10kV电缆线路构成的系统，30A。 3kV20kV具有发电机的系统，发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，如单相接地故障电容电流不大于表1.1所示允许值时，应采用不接地方式；大于该允许值时，应采用消弧线圈接地方式，且故障点残余电流也不得大于该允许值。消弧线圈可装在厂用变压器中性点上，也可装在发电机中性点上。表1.1 发电机接地故障电流允许值发电机额定电压kV发电机额定容量MW电流允许值A发电机额定电压kV发电机额定容量MW电流允许值A6.350

23、413.815.75125200210.550100318203001注：对额定电压为13.8kV15.75kV的氢冷发电机为2.5A。发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式。电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。1.3.2目前我国的10KV配电网中性点接地方式近年来随着城市电网的高速发展，北京、上海、广东等经济发达的城市10KV配电网中性点改为经低电阻接地的运行方式。与此同时不少地区在以往消弧线圈接地运行的基础上开始推广使用自动跟踪、自动调谐的消弧线圈接地方式，使配电网经常处于最佳补偿状态下运行。自动跟踪补偿的消弧线圈还与微机接地保护、故障选线装置相配合取得较

24、好的运行效果。总结近十多年我国各地10KV配电网中性点接地方式的运行经验，发现对低电阻接地和经消弧线圈接地两种方式存在较大的争议，运行情况也存在很大的差异。国内最早采用低电阻接地的广州供电局对区庄变电站低电阻接地方式进行研究，现场实测表明：采用中性点经低电阻接地，在大多数情况下可使单相接地过电压明显降低。从限制电力系统内过电压来讲，采用低电阻接地效果还是十分可观的。此后北京、上海、深圳、珠海等许多城市也先后采用了中性点经低电阻接地的运行方式，在许多地区收到良好的效果。如上海供电局万善良等在“上海市区配电网中性点接地方式的技术分析”中指出：上海市区中心35KV及610KV电网中电缆线路居多，宜采

25、用中性点经低电阻接地方式，用以降低发生单相接地故障时的过电压。但低电阻接地系统在实际运行中也遇到了相当多的问题，许多10KV电网中性点经低电阻接地系统经常发生跳闸，供电可靠性降低，停电事故增多，此外对人身安全构成严重的威胁4。如珠海局在采用低电阻接地方式后，发现中性点经低电阻接地方式对事故的抵御能力较差，供电可靠性差，线路跳闸率普遍偏高，最高达到了120次百公里年，更为严重的是该运行方式对人身安全构成极大的威胁，自投运以来共发11起人身伤亡事故。珠海局张振旗、黄培专在珠海电力工业局10KV低电阻接地系统运行浅析中指出：通过运行实例，可以看出10KV电网中性点经低电阻接地方式对供电可靠性及人身安

26、全有着不可低估的影响，应慎重实施，几年的实践证实低电阻接地方式给电力系 统安全、经济运行带来不少负面影响，是不可取的10。厦门供电局要焕年、曹梅月以及珠海电力局张振旗、黄培专等学者对低电阻接地方式持反对意见。要焕年、曹梅月在电缆网络的中性点接地方式问题一文中指出：低电阻接地方式客观上是增大单相接地短路故障电流，理论分析和运行经验表明，对于中压电网尤其是电缆网络，必须着力地限制单相接地故障电流、尽可能地减少其危害性，而不是人为的提升单相接地故障电流5。中性点经低电阻接地和经消弧线圈接地从各地的运行情况来看各有利弊，目前还很难单独取舍。国内也有不少城市两种接地方式都在使用，针对不同的供电区域采用不

27、同的接地方式，如：城市中心区域，电缆线路较为集中，系统电容电流较大，采用低电阻接地方式；而在城市郊区，多以架空线路为主，则采用消弧线圈接地方式。无论采用中性点经小电阻、消弧线圈或其他接地方式，主要目的都是为了提高系统的可靠性。1.4本论文的主要内容在充分阅读国内外相关文献和参考书的基础上对电力系统各个电压等级中性点接地方式的选择问题进行研究。综述各种不同中性点接地方式在国内外的发展历史和目前现状，并简要介绍其原理。对中性点不同接地方式进行对比，包括中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地，中性点不接地，中性点经电阻接地四种常见接地方式的特点和问题，并对其各自的原理、适用范围和优缺点等进行理论分析。

28、通过具体算例（10kV大型公共设施供电系统）来建立数值计算模型，对不同中性点接地方式电网的过电压等级和短路电流大小进行计算，根据相关标准规范，选定恰当的中性点接地方式及接地设备。第2章中性点接地方式的选择2.1电力系统中性点接地方式的类型美国电机工程师学会(AIEE)的第32号标准，从开始执行以来一直沿用至今，在国际上得到了广泛的认同。当系统或其指定部分的各点上，不论运行方式和连接的发电机容量如何，只要零序电抗与正序电抗之比不大于3(X0/X13)、零序电阻与正序电抗之比不大于1(R0/X11)时，则它们的中性点为有效接地方式;反之则为非有效接地方式。2.1.1中性点有效接地方式中性点有效接地

29、方式（system with effectively earthed neutral），因接地系数比较低，当系统发生单相接地故障时，非故障相的工频电压升高均低于80%线电压，它适用于高压系统；若接地系数更低，非故障相电压的升高将远低于80%线电压，则称之为非常有效接地方式，它适用于超高压和特高压系统。电力系统中性点有效接地方式的主要特点，是系统正常运行的时候其中部分主变压器的中性点可以不接地运行。而中性点直接接地的数量和位置的选定，除满足AIEE第32号标准的规定外，还必须与继电保护相配合，保证零序过电流保护装置的灵敏度，以便发生接地时能瞬间跳开故障线路。220kV系统的中性点采用有效接地方式

30、，国际上很久以来已无异议，它也适用于电压与之相近的系统。现就我国而论，它适用于220、110kV系统，有时也含330kV系统。中性点非常有效接地又称全接地方式，广泛适用于500kV及以上的超高压和特高压系统。如我国的500kV系统和西北电网的750kV系统，及1000kV特高压试验示范工程等。因接地系数甚低，故非故障相的工频电压升高和系统中的内部过电压均受到限制，这样便可降低绝缘水平，节省巨额基建投资。根据计算分析，系统的单相短路电流可超过三相短路电流的1.5倍。为方便断路器的选择和提高系统稳定等，可令部分主变压器的中性点经小电阻或小电抗接地，接地方式的属性不变。超高压、特高压系统的另一特点，

31、是输电线路一般较长，有的甚至超过1000km。为了限制线路空载时的末端工频电压升高，需要在线路上装设补偿度为60%90%的并联补偿电抗器，并在其中性点接入一个适当的小电抗器。当线路发生单相接地故障时，自动跳开该相两端的断路器，使潜供电流电弧瞬间熄灭，配合单相自动重合闸装置，可显著提高系统的运行可靠性。2.1.2中性点非有效接地方式中性点非有效接地方式（system with non-effectively earthed neutral），因接地系数普遍较高，非故障相电压的升高均大于80%线电压，有的可达100%、乃至105%线电压。此类中性点接地方式适用于中压电力系统。同时，以单相接地电弧能

32、否自动熄灭为必要和充分条件，又可分成大电流接地方式和小电流接地方式。大电流接地方式主要包括中性点直接接地、经低（中）电阻或经低电抗接地；小电流接地方式主要包括中性点不接地、经消弧线圈或经高电阻接地。前者以中性点经低电阻为代表，后者则以中性点经消弧线圈为代表，两者互有优缺点，因此在不同的国家和地区都有了相当大的发展6。 我国的635kV配电网电力系统大多属于小电流接地系统，而这种接地系统的中性点接地方式就有：中性点不接地、中性点接消弧线圈接地等。接地故障是由导体与地连接或对地绝缘电阻变得小于规定值而引起的故障。根据电力运行部门的故障统计，由于外界因素的影响，配电网单相接地故障中最常见的，发生率最

33、高，占整个电气短路故障的80%以上。系统一旦发生单相接地故障，在故障点长时间(中性点不接地系统或谐振接地带单相接地故障最长可运行两小时)流过很大的电容电流或残流。如果在人口稠密的市区，较大的跨步电压和接触电压，对人身安全构成极大的威胁。但是，当系统发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地故障电流比负荷电流小的多，特别是中性点经消弧线圈接地系统接地电流很小，三相线电压仍然保持对称关系，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行12h。但是，由于接地点的出现，此时系统中非对地相的对地电压升至原电压的 倍，对电网的绝缘形成威胁，很容易在电网的薄弱地点诱发另一点接地，进而形成相间短

34、路。随着系统容量的增加，线路总长度的增加，电容电流越来越大，弧光接地引起的过电压倍数甚高。近几年，在电厂厂用电、二次变电站和大型厂矿企业的高压供配电系统中发生了电缆爆炸，烧毁PT,甚至烧毁母线，造成电厂机组停运、工艺流程中断等恶性事故，对安全生产造成极大的影响。研究电力系统中性点接地方式其中一个主要目的，就是在于正确处理电力系统中的单相接地故障问题.在选定不同电压等级电网的中性点接地方式时，应力求将此种故障的不良后果限制到最低程度，使运行费用最低和效益投资比最高。2.2影响中性点接地方式的主要因素2.2.1供电可靠性供电可靠性一直历来都是电力部门最值得关心的问题，也是对电力系统的首要要求，它关

35、系着供电企业的服务质量，也是供电企业质量考核的重要指标。我国城市电网设备一般比较陈旧，加上更新改造不快，除部分主要用户外供电多为单电源单回路方式，一旦发生事故不仅会给国民经济带来损失，同时也给人民生活带来不便，但是随着城市电网的改进，江苏等沿海地区的城市市区供电已采用手拉手接线方式，这样大大提高了城市的供电可靠性，但如何提高供电可靠性仍然是放在最首要的问题。单相接地是电网中最常见的一种故障。当中性点直接接地系统单相接地时，将产生很大的接地电流，个别情况下甚至比三相短路电流还大，任何部分发生单相接地故障时必须将它切除，即使采用自动重合闸装置，在发生永久性故障时，供电仍将长期中断。电力系统的运行经

36、验表明，单相接地故障绝大多数是瞬间性的，特别是架空线路电网，只要是小电流接地系统，便无需继电保护和断路器动作，在系统和用户几乎无感觉的情况下，接地电弧便可瞬间自动熄灭，系统可以保持连续供电。而对于极少数的永久单相接地故障，可以允许电网在一定时间内带故障运行。因此，从供电可靠性和故障范围的观点来看，小接地电流电网，特别是经消弧线圈接地的电网具有明显的优越性。低电阻接地方式与配电网中性点不接地或经消弧线圈接地不同，不论单相接地故障是瞬间，还是永久性的，都必须自动切除故障线路。因此网络应采取全容量备用的原则，以及备用电源自动投入和环网自动化等措施，从而提高供电可靠性。而采用全容量备用需要增加大量投资

37、，这对我国广大的城市和农村的中压电网是不现实的。直接接地方式可正确迅速切除接地故障线路，但故障线路需间断供电。过去，由于接地继电保护不能有选择性地动作，要依靠人工逐条试拉以检出故障线路，待负荷转移后再将故障线路切除。这种运行方式，虽避免了长时间停电事故，但是很不方便。近几年来，国内兴起的自动跟踪消弧线圈接地方式，利用微机接地保护装置自动检出故障线路，可瞬间或延时自动切除，也可延时手动切除，进一步提高了供电连续性11。2.2.2电气设备与线路的绝缘水平绝缘水平与中性点的接地方式是密切相关的，电气设备与线路的绝缘水平会影响到设备的安全性和可靠性，以及投资的经济性。中性点接地方式对系统的过电压和绝缘

38、水平有着很大影响。电气设备和线路的绝缘水平除与长期最大工作电压有关外，主要决定于各种过电压的大小，对于小接地电流系统来说，无论最大长期工作电压或各种过电压均较中性点直接接地时要大。一般说来，中性点直接接地系统的绝缘水平与不直接接地系统相比，大约可降低，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19。消弧线圈接地方式由于能够快速熄灭电弧并且不再重燃，比中性点不接地方式下的间歇性电弧过电压的水平要低，有效地保护了电气设备的绝缘。与大电流接地系统较小的非故障相电压升高相比，绝缘要承受倍的相电压，但是消弧线圈接地方式的绝缘水平完全能够承受。2.2.3继电保护的可靠性小电

39、流接地的继电保护问题一直是大的技术难题，在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护比较困难。现在利用微机计算速度快，灵敏度高和判断能力强的特点，使小电流保护的问题得到了较好的解决。因此以前的消弧线圈接地方式的残流很小，继电保护难以配合的障碍已经得到了很好的解决。相反，低电阻接地方式却遇到了困难，根据北京供电局在中性点经低电阻接地的10kv电网中的现场试验结果，当裸导线发生断线接地时，计算的接地电流值为465A，但实际接触沥青路面时，在15s只能达到15A；经过0.33s接地电流增至114A时线路跳闸。在绝缘导线断线的情况下，若断面

40、较脏，情况与裸线相似；若为新断面，则观察不到电弧，线路也不会跳闸；当裸线断线后与水泥路面接触时，经23s后接地故障 电流从约4.2A增大到21A时被切断；绝缘导线与沥青路面接触时情况相似，只有断面被弄湿后，才能引起故障线路跳闸。何况，运行中的绝缘导线断线后，外部绝缘会自然拉长，故障线路跳闸就更加困难了。珠海市10kv电网的运行经验证明，单相接地故障多次持续半小时后，方自动跳闸。为了使零序过电流保护能够瞬间跳闸，则必须加大接地故障电流10。显然，接地故障电流越大，问题和缺点越多，越难适应现代负荷特性的变化。中性点直接接地系统中，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切断故障，且结构简单，

41、工作可靠。所以从继电保护的角度出发，以采用大接地电流系统的工作方式较为有利。2.2.4人身安全人身安全也是选择中性点接地方式的一个主要方面，对于人身安全主要考虑以下三点：（1）单相接地电流流入大地附近的跨步电压；（2）人接触接点的设备金属部件（正常时不带电）；（3）人直接触及处于工作电压下的带电部分。当发生单相接地故障时，故障点及中性点接地装置附近都会产生较大的接地电流和跨步电压，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，在考虑中性点接地方式的时候如何通过限制接地电流也是一个重要的参考指标。一般认为，在大接地故障电流的条件下，防止人身事故与设备事故，即使瞬间跳开故障线路

42、也依然存在问题。只有限制单相接地故障电流、降低接触电压和跨步电压方能达到目的。我国试点低电阻接地方式的几个城市，单相接地故障电流一般为400600A，现场试验和运行经验表明，不能保证继电保护在所有的情况下都能够瞬间跳闸，因而触电和烧伤的威胁是很严重的。前面谈到的珠海市的10kv电网，中性点改用低电阻接地方式运行以来，多次发生人身伤亡事故就是有力的证明。采用消弧线圈接地后，接地故障的电流可以被限制到10A以下，接地电流的危害大大地减轻了，对于瞬时性的单相接地故障，可以自行消除故障，大大地减小了人身触电事故发生的机率。而对于单相永久性接地故障，因为残流很小，接触电压和跨步电压都很低，在带故障运行的

43、状态下，即使触电，发生生命危险的 概率也比较小。2.2.5设备安全中性点经消弧线圈接地方式可以有效地限制接地故障电流的危害性，不仅能够保护人和动物的生命安全，同时对电网中的电力设备均可起到不同程度的保护作用。例如，减少对一次设备频繁的短路电流冲击、减少断路器的开断次数和继电保护的动作次数与误动、拒动的概率以及运行人员的误操作概率、降低线路绝缘子的损坏率、减轻设备的运行维护与检修工作量等。在低电阻接地方式下，为了能使零序保护正确动作，需要有足够大的接地电流来启动。随着电容电流的增大，将会使故障点和中性点的地电位升高，可能超过一些设备的绝缘水平。当中压侧向低压侧闪络击穿时，低压中性线上有环流而产生

44、过电压，同时降压变压器的接地体与低压中性线或接地体之间的耦合，可在低压侧引起过电压。解决的办法一是除去外加电流的有功分量，二是补偿接地点的电容电流这个无功分量，显然最有效的方式是采用消弧线圈的接地方式进行补偿。2.2.6通信干扰电力网络在正常运行和故障运行的情况下，因为存在电磁耦合、静电感应、地中电流传导、高频电磁辐射等情况可能对通信网络产生干扰作用。前三种干扰的主要表现为音频干扰、工频干扰、接触干扰、地电位升高和纵向电势等，它们与中性点的接地方式有着密切的关系。一般而言，通信干扰的危害性很大，轻则影响通信质量，重则危害通信设备和人身的安全。前者为干扰影响，后者为危险影响，而且，随着信息网络的

45、发展，问题将会越多，必须加以防范。通信干扰可由两种原因产生，均与中性点接地方式密切相关，如果零序阻抗较高，以电容耦合为主，较低则以电感耦合为主。因此可以看出，中性点接地方式的研究牵涉到电力系统的各个方面，要很好地解决这个问题要从各个方面进行分析。当电力网正常运行时，如三相对称，则不管中性点接地方式如何，中性点电位为零，各相电流及对地电压三相对称，因而它们在线路周围空间各点形成的电场和磁场均彼此抵消，不会对通信和信号产生干扰。但当电网发生单相接地时，所出现的单相接地电流将形成强大的干扰源，电流愈大，干扰愈严重。因此，从干扰的角度来看，中性点直接接地系统当然最为不利，中性点经消弧线圈接地方式是最佳

46、选择。理论与实际表明限制单相接地电流是防止通信干扰的有效措施。中性点经消弧线圈接地方式在全补偿的运行情况下，补偿电网的零序阻抗接近无穷大，单相接地电流非常小，电磁干扰受到有力的限制，这样的接地方式能够很好地与通信网络兼容，同时与故障点的位置无关。而中性点经低电阻接地方式与不接地或经消弧线圈接地的运行方式相比对通信有较大的干扰，需采取相应的保护措施。2.2.7其他影响因素除了上面分析的主要因素外，还有其他一些因素，像运行上的便利、传统做法和原有系统的接地方式等等，在选择中性点接地方式时，都应该加以考虑。上述诸因素往往是互相联系的，甚至有些是互相矛盾的，这使得中性点接地方式的选择成为一个错综复杂的

47、综合性问题。第3章四种常见的中性点接地方式3.1中性点不接地方式3.1.1中性点不接地原理综述中性点不接地方式，即中性点对地绝缘，结构简单，运行方便，不需要任何附加设备，投资省，适用于10kV架空线路的辐射形或树形的供电网络。该接地方式在运行中，若发生单相接地故障，流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流，值很小，不形成短路回路。但是长时间的接地运行，容易形成两相接地短路，甚至是三相接地短路；弧光接地还会引起全系统过电压，这种过电压能量大，持续时间长，同时在持续过程中，电网的单相接地还可能发展为两点接地短路，使事故进一步扩大。中性点不接地系统发生单相接地故障时，其接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动消弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，可带故障连续供电一段时间（一般为12h），从而获得排除故障的时间，相对的提高了供电的可靠性。3.1.2中性点不接地运行状况分析中性点不接地系统简单网络图（单条线路）如下图3.1所示：a） b）图3.1 中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图a）电路图 b）相量图不论是架空线路还是地下电缆，各相导线之间以及每相导线与大地之间都存在着分布电容，如图3.1（本文忽略了导线间电容）所示。一般来说，线路零序电容的大小与线路的长度、导线的半径、几何