配电网中性点接地方式的选择

第一篇：配电网中性点接地方式的选择

配电网中性点接地方式的选择

随着城市电网的不断发展，电缆在我国许多城市电网中的使用率越采越高，许多公用变电站的出线已大部分或全部改成电缆线路，电缆线路的大量应用在提高配电网供电可靠性的同时也带来了新问题，即电力系统电容电流的不断增长，如实测的某城市配电网电容电流高达200A以上，如此大的电容电流将严重危及配电设备的安全运行。本文比较了中性点经小电阻接地和经消弧线圈接地的优缺点，分析了电网结构、变压器连接组别对中性点接地方式的影响，针对接地电阻阻值的选择、安装位置以及消弧线圈补偿形式的优化提出了新观点。

中性点接地方式的现状

长期以来解决电缆导致电力系统电容电流过大的问题主要有两种方法，即中性点经消弧线圈接地和中性点经小电阻接地。

20世纪80年代以前，我国在35kV配电网中大多采用经消弧线圈接地方式，最近十几年以来陆续有城市采用小电阻接地方式，如上海、天津；这两种接地方式在10kV配电网中均有应用。

实际上，究竟采用哪一种方式在我国的理论界和工程界中也存在着分歧。文规定：“3—10kV架空线、35kV、66kV系统，单相接地故障电容电流超过10A，或3—10kV电缆线路系统单相接地故障电容电流超过30A时，应采用消弧线圈接地方式”；同样文中还有这样的规定：“6—35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术的要求以及本地的运行经验等”、“16kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，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，可采用高电阻接地方式”。文规定：“35kV、10kV城网中以电缆为主的电网，必要时可采用中性点经小电阻或中电阻接地，确定中性点接地方式时，必须全面研究供电可靠性、健全相工频电压升高、对通讯线路的干扰影响、继电保护的灵敏度和选择性等方面”。从这两个标准的规定来看，两种接地方面均可采用，具体采用哪一种应根据各地实际情况选择，标准针对10kV架空线系统和电缆系统给也了两个限值10A和30A,但对于实际电网中最为常见的混合系统没有做出明确规定。

小电阻接地方式与消弧线圈接地方式的比较

传统理论认为中性点经小电阻接地方式有以下优点：单相接地时，健全相电压升高接续时间短对设备绝缘等级要求较低，一次设备的耐压水平可按相电压来选择；单相接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可比较容易地切除接地线路。但同时也存在以下缺点：由于接地点的电流较大，零序保护如动作不及时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障的发生；永久及非永久性的单相接地线路的跳闸次数均明显增加。例如，根据深圳供电局梅林变电站的统计数据，该站改造为中性点经小电阻接地之前的两年中10kV线路共跳闸53次，改造后的三年中10kV线路共跳闸136次。

中性点经消弧线圈接地方式有以下优点：单相接地时，由于消弧线圈的电感电流可抵消接地点流过的电容电流，使流过接地点的电流较小，可带单地故障运行2h。对于配电网中日益增加的电缆馈电回路，虽然接地故障的发生概率有上升的趋势，但因接地电容电流得到补偿，所以单相接地故障并不会发展为相间故障!但采用该种接地方式时，系统有可能因运行方式改变造成欠补偿从而引发谐振过电压。目前运行在配电网中的消弧线圈的结构多为手动调匝，必须退出运行才能调整，且在线实时检测电网单相接地电容电流的设备很少，因此消弧线圈在运行中不能根据电容电流的变化及时地进行调节，不能很好地起到补偿作用。青岛电网内一电容电流水平较高的35kV系统依靠6台消弧线圈补偿，自2000年初至2003年7月共发生单相接地故障24次，其中发展成永久性跳闸事故的有15次。

中性点经小电阻接地时，原则上一个配电网中只能有一个接地点，否则会导致零序电流过大，进而损坏设备或使保护失去选择性：中性点经消弧线圈接地时，接地点的数目标不受奖限制，可在该系统电源侧只设置一台消弧线圈接地来进行集中补偿，也可在负荷侧公用变电站的高压侧设置多台消弧线圈来进行分散补偿，或者均采用。电容电流的估算

选择某系统的中性点接地方式时，应先了解该系统的电容电流大小，计算电容电流大小的方法有直接试验法、间接试验法、精确计算法、图表估算法、经验估算法等。最简单方便的是经验估算法，即根据经验公式和本系统内架空线路和电缆线路的长度粗略估算电容电流 IC=(I+k)∑icn(1)式中IC为系统电容电流之和；k为由配电设备造成的电网电容电流的增加百分比，对于10kV系统取16％、对于35kV系统取13％；∑icn 为架空线路和电缆单相接地的电容电流之和，任一线路的单相接地电容电流icn为 icn=KUeL(2)式中Ue为线路额定电压，kV；L为线路长度，km；K为经验系数，如计算线路为架空线路，有、无避雷线时K分别取为0．0033、0．0027(木杆塔、金属或水泥杆塔时再增大10％—12％)，计算线路为电缆线路时，K的计算公式为：K=(95+1．44S)/（2200+0．23S)，S为电缆芯线截面积，mm2。

根据式(1)、(2)可容易地计算出电容电流，对于10kV配电网，如电缆线路超过16km，电容电流将超过29．7A。考虑到一般10kV系统一段母线上的出线不多于6回，可得到如下结论：在负荷密度较大、供电半径较小的城市10kV配电网中，可采用10kV母线分列运行的方式将电容电流限制在30A以下，从而可采用投资较小的中性点不接地运行方式。而对于35kV配电网而言，一旦电缆线路超过2km，电容电流就会超过30A。

需说明的是，电缆线路的电容电流可由试验得到的三相电容值计算得到，而电缆的三相电容值测试是交接试验中的常规项目。因此计算K的经验公式仅供参考。变压器连接组别对中性点接地方式的影响变压器连接组别对中性点接地方式的影响很大。主变压器绕组的连接组别主要有△、Y0两种。对于10kV配电网，由于受客观条件的限制只能采取集中设置中性点接地装置的模式。对于35kV配电网，根据电源侧变压器二次线圈和负荷侧变压器一次线圈的不同连接组别，可列出如下常见的几种组合形式：

(1)△-Yn(不是表示某台变压器的连接组别，而是表示某线路两端变压器连接组别的配合，下同)：采用经小电阻接地或消弧线圈集中补偿的接地方式时都必须采用专用的接地变制造一个中性点，也可借助于二次变电站的一次线圈侧引出的中性点而采用消弧线圈分散补偿接地方式。

(2)△-△：经消弧线圈接地或经小电阻接地都必须借助接地变，因此只能选择集中接地模式。(3)Y0-△：这是一种非常适合采用集中设置接地的情况，可经消弧线圈接地也可经小电阻接地，但并不适用于分散补偿的接地模式。

(4)Y0-Y0：这是一种最为灵活的组合形式，理论上经小电阻接地、消弧线圈集中补偿及消弧经线圈分散补偿均可采用。但实际配电网中由于受变压器连接组别的限制，很少出现这种组合形式。有些地区为了应用这种组合形式，对35KV主变压器采取了特殊的Y0／Y0/△连接组别，其中的△绕组是平衡绕组，仅用于提供三次谐波电流通道。

采用中性点经小电阻接地方式时应注意的问题

(1)一次设备绝缘水平的选择。中性点经小电阻接地后，由于发生单相接地时非故障相的工频电压升高值较小，且故障切除时间较短，因此广州、北京的部分电网选用了相电压水平的产品，如电缆、避雷器等，运行情况良好。而上海供电公司仍按照中性点不接地方式选择设备，认为即使采用小电阻接地，暂态过是压也可能达到相电压峰值的2．5倍。

(2)零序电流水平和接地电阻的选择。IEEEl43标准规定，15K及以下的低电阻接地方式电网中工业设施的接地故障电流应限制在400A以下：上海的35KV配电网将零序电流限制在2KA或1KA以下，天津的35KV配电网将零序电流限制在1．3KA以下。一般来说，中性点电阻可按如下公式选择：R=UP／(2—3)IC(3)式中R为中性点电阻，Ω；UP为系统相电压，V；IC为系统单相接地时的电容电流，A。实际上由式(3)计算出来的中性点电阻值是一个满足继电保护装置动作要求的最大值，实际应用时可选择为比计算值稍大的数值。上海电网的实际经验表明，选择较高的接地电流水平有利于使整定值躲过区外单相接地故障时由电流互感器和零序滤过器误差所引起的不平衡电流且有助于零序电流保护各级之间的配合，及满足高电阻接地时动作灵敏系数的要求。中性点电阻值如选择得过低，将造成两个不利的后果：对通信线路干扰大，增加了人身触电的危险性。根据日本的经验，架空线路系统中性点电阻中的电流为100-200A时及以电缆为主的配电网中性点电阻的电流为400~800A时，单相故障接地电流对通信线路的干扰不大。由上海市区供电公司的经验得知，35KV系统中性点电流在2KA以下未收到干扰通信线路的报告，由广州电网的试验结果得知，电力电缆与通信电缆在马路两侧敷设电缆时零序电流为1kA、平行距离为1km时，其电磁感应电压约为30V，远小于430V的限值，但未给出同沟敷设时的试验数据。因此只要在敷设电缆时选择合适的路径，即可将大接地电流对通信线路的影响降到可以接受的程度。但据文推算，将接地故障电流限制在800~2000A以下时，假设沿自然分布的钢筋混凝土电杆进行接地，则人站在距电杆1m处、手触及电杆裸露钢筋时会有6KV以上的接触电压。因此作者认为，接地电流选择在几百安培较为稳妥。

(3)接地电阻安装位置的选择。接地电阻必须安装在电源侧变电站，一般可直接安装在变压器中性点处。但如果此处变压器的连接组别为△接线，如前文所述，接地电阻需借助于接地变“制造出”的中性点才能够安装，接地变的安装地点有两选择：母线上或主变压器出口。作者认为接地变应安装在主变压器的出口处，主要原因是既不占用出线间隔的位置，又可提高供电可靠性。

(4)选择中性点经小电阻接地方式时，一个系统中只能有一个接地点，不允许两个或更多的中性点电阻并列运行，且不允许失地运行。因此理想方式是中性点电阻与主变压器同步投切。例如，一变电站35kV侧主接线形式为单母线分段，每段母线上有一台主变。两段母线并列运行时，应只投入一个接地电阻；分列运行时，每段母线均投入一个接地电阻；一台主变停电，另一台主变带全站负荷运行时，也应只投处一个接地电阻，且最好投入运行主变侧的接地电阻，以免出现主变保护动作眺开分段开关后运行母线失去中性点的情况。采用中性点经消弧线圈接地方式时应注意的问题

(1)集中补偿与分散补偿的比较。实际应用中两者的不同主要表现在补偿容量上。国内厂商能够提供的消弧线圈最大容量是2．4MVA，能够补偿大约110A的电容电流，因此，消弧线圈集中补偿方式最大只能补偿100安左右的电容电流，而分散补偿方式可以补偿的电容电流在理论上是无限的。例如，德国柏林一个30KV电缆网络的电容电流曾高达4KA，共采用41台消弧经圈进行补偿，其单台补偿电流为40-I70A，运行状况良好。但分散补偿受线路运行方式的影响较大。假设某系统的正常残流水平为7A，如此时有一条线路跳闸，且这条线路的末端装有补偿电流为25A的消弧线圈，则该系统中的残流将变成18A的容性电流，这对于系统的安全运行有负面影响。

(2)消弧线圈容量的计算。一个系统中所需配置的消弧线圈补偿容量的计算公式为

Q=I．3ICUe/√3(4)式中Q为消弧线圈实补偿容量，kVA；Ue为系统额定线电压，KV；IC为该系统电容电流总和，A。

(3)自动补偿的问题。近10年来，国内厂家制造出了能够在运行状态调整消弧线圈容量的有载调节开关，也开发出了能够自动测量系统电容电流值并据此自动调整消弧线圈运行挡位的装置，在实际工程应用中发现，在采用消弧线圈分散补偿的系统中如装设两台或更多的具备自动调整功能的消弧线圈会出现冲突的情况。因此在一个系统中只能投入一台具备自动调整功能的消弧线圈。

(4)长期以来在中性点经消弧线圈接地的配电网中如何准确选择单相接地故障线路是一个难题，现在有的配电网中采用消弧线圈并联短时投入的中值电阻的方案解决此间题效果良好。国内已开发出一种通过瞬时改变消弧线圈短路阻抗来改变消弧线圈补偿度，再根据非故障线路的零序电流在该过程中基本不变而故障线路有明显变化这—理论进行故障选线的装置。但这两种方法都不适用于消弧线圈分散设置的35KV配电网。缺少一种不依赖于专用零序电流互感器即可准确进行故障选线的小电流选线装置仍是影响中性点经消弧线圈接地方式应用的主要因素。在处理系统接地故障中，作者曾多次遇到将某段母线上所有线路均试验—次才能找到故障线路的尴尬局面。

综上所述，作者认为设置消弧线圈的理想办法是在系统电源侧变电站配置一台具有尽可能大可调容量(至少要达到100A)的消弧线圈，该消弧线圈应装设在线测量电容电流和自动调整容量的装置。同时根据系统的电容电流水平分散设置足够数量的消弧线圈(不必具备自动调整功能)，分散设置的消弧线圈单台容量不要超过集中设置的消弧线畔的调节能力。电源侧的消弧线圈应正常运行在公接挡位的中间位置。以减小运行方式改变时分散布置的消弧线圈突然退出运行给系统补偿能力带来的影响，此外应尽可能地配备高质量的小电流选线装置。

结语

中性点经小电阻接地及经消弧线圈接地这两种方式各有优缺点。各地区在选择接地方式时应根据电网结构、电容电流水平，变压器连接组别、电缆化比例、负荷重要程度等实际情况进行综合经济技术比较后决定，作者认为，在一个电缆化率极高的配网中应优先考虑小电阻接地方式，而以于实际电网中大量存在的混合系统仍应该采用消弧线圈接地方式。

来源：摘自2004.9《电能效益》

第二篇：发电厂中压系统中性点接地方式浅析论文

摘要：针对发电厂中压系统中性点不接地系统的不断扩大及电缆馈线回路的增加，单相接地电容电流也在不断的增加，分析和探讨中压系统中性点接地方式、合理选择系统中性点接地方式，已是关系到系统运行可靠性关键的技术问题。

关键词：中压系统;中性点系统;可靠性;探讨

一、概述

中压系统以35KV、10 KV、6 KV三个电压等级较为普遍，并且均为中性点非接地系统。在电气设备设计规范中规定35KV系统如果单相接地电容电流大于10A，3-10 KV系统如果接电电容电流大于30 A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式。目前，随着机组容量的增大，发电厂馈线电缆线路也日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，使得系统内单相接地故障很可能扩展为事故。因此，对系统的中性点接地方式进行分析和探讨，合理选择系统中性点接地方式，已是关系到系统运行可靠性的关键技术问题。

二、中性点不同的接地方式与系统的可靠性

在发电厂中压系统中，大部分为小电流接地系统，即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统。以前的电厂大都采用经消弧线圈接地方式，近几年有部分电厂设计采用了中性点经小电阻接地方式。对于中性点不接地系统，因其是一种过渡形式，随着电网的发展最终将发展到上述两种形式。下面对中性点经消弧线圈接地、经小电阻接地这两种接地方式进行分析。

1、中性点经消弧线圈接地方式

采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因为消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得及时，电弧能自灭。对于中压系统各日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的运行可靠性，大大高于中性点经小电阻接地方式，但这种接地方式也存在着以下问题。

(1)当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。

(2)因目前运行在中压系统的消弧线圈大多为手动调节，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。

2、中性点经小电阻接地方式

采用该方‘式是为了泄放线路上的过剩电荷，来限制过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是：

(1)系统单相接地时，全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来先选择。

(2)接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易的切除接地线路。

(3)由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。

(4)当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，使回路的跳闸次数大大增加，使运行可靠性下降。

三、单相接地电容电流

因中性点不接地方式在中压系统中，仅是一种短期的过渡方式，最终是要过渡到经消弧线圈或小电阻接地方式，而在改造前要对系统中的电容电流进行计算和测量，以给改造提供技术数据。中压系统单相接地电容电流有以下几部分构成：

(1)系统中所有电气连接的全部线路的电容电流;

(2)系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流;

(3)因用电设备造成的系统电容电流的增值。

系统中的电容电流可按下式计算：

∑IC=(∑icl+Eic2)(l+ko/o)

其中：∑ic是系统上单相接地电容电流之和Eicl是电缆线路和电缆单相接地电容电流之和Xi。2是系统中相与地问跨接的电容电器产生的电蓉电流之和k%是用电设备造成的系统电容电流的增值10 KV取16qo、35KV取13%

在对系统单相电容电流计算的基础上，为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量，对系统运行中单相电容电流进行实测是十分必要的。微机在线实时检测装置为实测系统单相电容电流提供了快速准确的手段。其原理是，检测系统的不平衡电压En，并以一定的采样周期检测线电压UAB，中性点位移电压Ul及中性点位移电流Io，根据公式Ecr-Un+I。×XC计算出单相接地电容电流。式巾XC为系统对地容抗。

因为XC=(En_ Un)÷ln

所以IC=U相÷XC=U相×10÷(EO-UO)(.上式中IC为单相接地电容电流)单相电容电流的检测也可以采用偏置电容法和中性点外加电容法，在测试中，可以选用几种不同容量的Cf(所加的偏置电容)测出几组数据，利用移动平均值获得单相接地电容电流，以减少测试中的误差。

四、微机控制消弧装置

人工调谐的消弧线圈，因不能随着系统的运行实时调整补偿量，这样就不能保证系统始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时对地电流限制到最小。

目前，电厂采用的微机自动跟踪消弧装置并配套接地自动选线环节，有效地解决了中性点经消弧线圈接地方式的系统长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好，线性度高，噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间短。微机控制消弧装置有过补、欠补、最小残流三种方式。

第三篇：第二章 电力系统中性点的运行方式

提供各原理图的动画；提供图2-3的彩色图片。

第二章 电力系统中性点的运行方式

第一节

中性点不接地的三相系统一、正常运行情况

电力系统正常运行时，三相导线之间和各相导线对地之间，沿导线的全长存在分布电容，这些分布电容在工作电压的作用下会产生附加的容性电流。各相导线间的电容及其所引起的电容电流较小，并且对后面讨论的问题没有影响，故可以不予考虑。各相导线对地之间的分布电容，分别用集中的等效电容CU、CV、CW表示，如图2－1（a）所示。电力系统正常运行时，一般认为三相系统是对称的，若三相导线经过完全换位，则各相的对地电容相等，根据电工技术课程，用节点法按弥尔曼定理可求得中性点N对地的电位Un为零。

Vudvdwdudvd设电源三相电压分别为Uu、U、UW，各相对地电压分别用UUuUnUu

、U、Uwd表示，则有：

UUUvUnUv

（2-1）

 UUwUnUw

即各相的对地电压分别为电源各相的相电压。

各相对地电压作用在各相的分布电容上，如正常运行时各相导线对地的电容相等并等于C，正常时各相对地电容电流的有效值也相等，且有： ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph（2-2）式中：Uph—电源的相电压；

ω—角频率；

C—相对地电容。

对称电压的作用下，各相的对地电容电流Icu、Icv、Icw大小相等，相位相差点120°，如图2－1（c）所示。各相对地电容电流的相量和为零，所以大地中没有电容电流过。此时各相电流Iu、IV、Iw为各相负荷电流Ifhu、Ifhv、Ifhw与相应的对地电容电流Icu、如图2－1（b）Icv、Icw的相量和，所示，图中仅画出U相的情况。

二、单相接地故障

在中性点不接地的三相系统

2－1 中性点不接地系统的正常运行情况

（a）电路图；（b）、（c）相量图

中，当由于绝缘损坏等原因发生单相接地故障时，情况将发生显著变化。图2－2所示为W相k点发生完全接地的情况。所谓完全接地，也称金属性接地，即认为接地处的电阻近

图2－2 中性点不接地三相系统单相接地

（a）电路图；（b）相量图

似等于零。

当W相完全接地时，故障相的对地电压为零，即Uwk0，则有：

nUwkUnUw

（2-3）

UUn上式表明，当W相完全接地时，中性点对地电压与接地相的相电压大小相等、方向相反，中性点对地的电压不再为零，而上升为相电压。于是非故障相U相和V相的对地 ww电压Uuk、Uvk分别为：

UukUuUnUuU

（2-4）

UvkUvUnUvU非故障相的对地电压升高到线电压，即升高为相电压的3倍，各相对地电压的相量关系如图2－2（b）所示，和Uvk之间的夹角为60°。此时U、W相间电压为Uuk，Uuk、V、W相间电压为Uvk，而U、V相间电压等于Uuv。此时，系统三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对接于线电压的用电设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。

单相接地故障时，由于U、V两相对地电压由正常时的相电压升高为故障后的线电压，则非故障相对地的电容电流也相应增大3倍，分别超前相应的相对地电压90°。未接地U、V相的对地电容电流的有效值为：

ICVICU3CUPh

（2-5）

Ｗ相接地时，W相对地电容被短接，Ｗ相的对地电容电流为零。此时三相对地电容电流之和不再等于零，大地中有容性电流流过，并通过接地点形成回路，如图2－2（b）所示，如果选择电流的参考方向是从电源到负荷的方向和线路到大地的方向，则W相接地处的电流，即接地电流，用IC表示，则

IC(ICUICV)

（2-6）

由图2－2（b）可见，Icu和Icv分别超前Uuk和Uvk90°，Icu和Icv之间的夹角为60°，两者的相量和为－Ic。接地电流Ic超前UW90°，为容性电流，于是，单相接地电流的有效值为：

3CUPh

（2-7）IC3ICU可见，单相接地故障时流过大地的电容电流，等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。接地电流IC的大小与系统的电压、频率和对地电容值有关，而对地电容值又与线路的结构（电缆或架空线、有无避雷线）、布置方式、相间距离、导线对地高度、杆塔型式和导线长度有关。

单相接地电容电流的实用计算中可按下式计算：

ICU(L135L2)350

（2-8）

式中：IC—接地电容电流，A；

U—系统的线电压，kV；

L1—与电压同为U，并具有电联系的所有架空线路的总长度，km； L2—与电压同为U，并具有电联系的所有电缆线路的总长度，km。第二节 中性点经消弧线圈接地的三相系统一、消弧线圈的结构及工作原理

1.消弧线圈结构简介

消弧线圈有多种类型，包括离线分级调匝式、在线分级调匝式、气隙可调铁芯式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流磁阀式、调容式、五柱式等。

离线分级调匝式消弧线圈内部结构，如图2－3所示。其外形和小容量单相变压器相似，有油箱、油枕、玻璃管油表及信号温度计，而内部实际上是一只具有分段（即带气隙）铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小，电抗却很大，电抗值可以通过改变线圈的匝数来调节。气隙沿整个铁芯柱均匀设置，以减少漏磁。采用带气隙铁芯的目的是为了避免磁饱和，使补偿电流和电压成线性关系，减少高次谐波，并得到一个较稳定的电抗值，从而保证已整定好的调谐值恒定。另外，带气隙可减小电感、增大消弧线圈的容量。为了绝缘和散热，铁芯和线圈浸放在油箱内。

2.消弧线圈的工作原理 消弧线圈装在系统中发电机或变压器的中性点与大地之间，其工作情况如图2－4所示。

正常运行时，中性点的对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。

当系统发生单相接地故障时，如Ｗ相接地，中性点的对地电压w图2－3 离线分级调式消弧线圈

内部结构示意图

UnU，非故障相的对地电压升高3倍，系统的线电压仍保持不变。消弧线圈在中性点电压即Uw作用下，有一个电感电流IL通过，此电感电流必定通过接地点形成回路，所以接地点的电流为接地电流IC与电感电流IL的相量和，如图2－4（a）所示。接地电流IC超前Uw90°，电感电流IL滞后Uw90°，IC和IL相位相差180°，即

图2－4 中性点经消弧线圈接地的三相系统

（a）电路图；（b）相量图

方向相反，如图2－4（b），在接地处IC和IL互相抵消，称为电感电流对接地电容电流的补偿。如果适当选择消弧线圈的匝数，可使接地点的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由电弧所产生的危害，消弧线圈也正是由此得名。

通过消弧线圈的电感电流：

IL式中：L—为消弧线圈的电感。

目前，我国低压侧为6kV或10kV的变电所的主变压器，多采用“YN，yn0”或“Y，d11”连接组。对前者，消弧线圈可接在星形绕组的中性点上；对后者，三角形接线侧的6kV或10kV系统中不存在中性点，需要在适当地点设置接地变压器，其功能是为无中性点的电压级重构一个中性点，以便接人消弧线圈（或电阻器）。接地变压器实质是特殊用途的三相变压器，其结构与一般三相芯式变压器相似，如图2－5所示，图中的T0为接地变压器，它的铁芯为三相三柱式，每一铁芯柱上有两个匝数相等、绕向相同的绕组，每相的上面一个绕组与后续相的下面一个绕组反极性串联，并将每相下面一个绕组的首端U2、V2及W2连在一起作为中性点，组成曲折形的星形接线。其二绕组视具体工程需要决定是否设置。如需兼作发电厂或变电所的自用电源变压器，应设置二次绕组，如图2－5中的虚框内所示。

图2－5 曲折连接式接地变压器原理接线图

UphL

（2-9）

第三节 中性点直接接地的三相系统

图2－6所示为中性点直接接地的三相系统电路图。

一、中性点直接接地系统的工作原理 正常运行时，由于三相系统对称，中性点的电压为零，中性点没有电流流过。当系统中

图2－6 中性点直接接地三相系统

发生单相接地时，由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路，故称这种故障为单相短路。单相短路电流Ik很大，继电保护装置应立即动作，使断路器断开，迅速切除故障部分，以防止Ik造成更大的危害。

当中性点直接接地时，接地电阻近似为0，所以中性点与地之间的电位相同，即Un0。单相短路时，故障相的对地电压为零，非故障相的对地电压基本保持不变，仍接近于相电压。

二、特点及适用范围

1.中性点直接接地系统的主要优点

在单相接地短路时中性点的电位近似于零，非故障相的对地电压接近相电压，这样设备和线路对地绝缘可以按相电压设计，从而降低了造价。实践经验表明，中性点直接接地系统的绝缘水平与中性点不接地时相比，大约可降低20％左右的绝缘投资。电压等级愈高，节约投资的经济效益愈显著。

第四节 中性点经阻抗接地的三相系统一、中性点经低电阻接地的三相系统 在以电缆为主体的35kV、10kV城市电网，由于电缆线路的对地电容较大（是同样长的架空线路的20～30倍），随着线路长度的增加，单相接地电容电流也随之增大，采用消弧线圈补偿的方法很难有效的熄灭接地处的电弧。同时由于电缆线路发生瞬时故障的概率很小，如带单相接地故障运行时间过长，很容易使故障发展，而形成相间短路，使设备损坏，甚至引起火灾。根据供电可靠性要求、故障时暂态电压、暂态电流对设备的影响，对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等，可采用经低值电阻（单相接地故障瞬时跳闸）接地方式，如图2－7所示。

二、中性点经高电阻接地的三相系统

通过二次侧接有电阻的接地变压器接地，实际上就是经高电阻接地。其原理接线图如图2－8（a）所示，将接在接地变压器的二次侧的电阻R，经单相接地变压器T0（或配电变压器、或电压互感器）接入中性点。变压器的作用是使低压小电阻起高压大电阻的作用，从而可简化电阻器的结构，降低其价格，使安装空间更易解决。

接地电阻的一次值Rˊ＝K2R。K为接地变压器的变比。可通过选择K值是使得Rˊ等于或小于发电机三相对地容抗，从而使得单相接地故障有功电流等于或大于电容电流。

图2－7 中性点经低电阻接地的三相系统 接地变压器的一次电压取发电机的额定相电压，二次电压U2可取100V或220V，当二次电压取220V，而接地保护需要100V时，可在电阻中增加分压抽头，如图2－8（b）所示。

（a）；

（b）

图2－8 中性点经高电阻接地原理接线图

第四篇：变压器停送电操作时,变压器中性点接地刀闸投退分析

变压器停送电操作时变压器中性点接地刀闸投退分析

摘要: 我国110 kV及以上电压等级的电力变压器一般采取中性点直接接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，达到了节约制造成本的目的。这样，一旦中性点产生过电压，就直接威胁变压器中性点的绝缘。为防止此类事件的发生，在变压器停、送电操作时，都要推上变压器中性点接地刀闸，防止操作时断路器三相不同期分、合闸产生过电压而损坏变压器。关键词：变压器

中性点

过电压

接地刀闸 1.变压器中性点绝缘水平

我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。

全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110 kV以下电压等级的电力变压器。

半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110 kV及以上电压等级的变压器。2．三绕组变压器工作原理

三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用；中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。它的工作原理如图1所示。

图1 三绕组变压器工作原理 3．过电压对变压器中性点绝缘的影响：（以切空载变压器为例）

变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。操作过电压一般为额定电压的2—4.5倍，而大气过电压可达到额定电压的8—12倍。变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受2.5倍的过电压，中性点的电压则更低。不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。

电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。当变压器瞬时切开的，磁能就转变为电能，在转变的过程中就在变压器上引起过电压。由于操作过电压的能量来源于电网本身，所以它的幅值和电网的工频电压基本上成正比，操作过电压的幅值与电网该处工频相电压过电压的幅值之比，称为操作过电压倍数K。4．变压器停送电操作时，推上变压器中性点接地刀闸的必要性

切除空载变压器会产生过电压：正常运行时，空载变压器表现为一个励磁电感。因此，切除空载变压器就是切除一个电感性负荷。经验表明，用断路器切断大于100A以上交流电流时，磁场能量为零，在切除过程中不会产生过电压。但切除空载变压器时，所切除的是变压器的空载电流，其值仅为额定电流的0.5%—4%，一般只有几安到几十安。断路器的灭弧能力显得异常强大，从而使空载电流未到零之前就因强制息弧而切断，也就是发生空载电流的突然“截断”。截流后，等值电感中储藏的磁场能量全部转变为等值电容的电场能量，从而产生了切空载变压器过电压。如图2所示

图2 切空载变压器过电压

图3切空载变压器电路

根据上图分析可知：对于一侧有电源的受电变压器，当其开关非全相拉、合时，若其中性点不接地有以下危险：（1）变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压，这可能损坏变压器绝缘；（2）变压器的高、低压线圈之间有电容，这种电容会造成高压对低压的“传递过电压”；（3）当变压器高低压线圈之间电容耦合，低压侧会有电压达到谐振条件时，可能会出现谐振过电压，损坏绝缘。对于低压侧有电源的送电变压器：

（1）由于低压侧有电源，在并入系统前，变压器高压侧发生单相接地，若中性点未接地，则其中性点对地电压将是相电压，这可能损坏变压器绝缘；

（2）非全相并入系统时，在一相与系统相联时，由于发电机和系统的频率不同，变压器中性点又未接地，该变压器中性点对地电压最高将是二倍相电压，未合相的电压最高可达2.73倍相电压，将造成绝缘损坏事故。所以，在投、切空载变压器时，必须合上变压器中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。

对于220KV变压器从中压侧向系统送电时，必须同时合上变压器中、高压侧中性点接地刀闸。因为，变压器的变比K=U1/U2=220/110=2，当合中压侧开关时，产生的过电压是其额定相电压的2.5倍时，则高压侧就变为5倍的相电压，这是变压器高压侧中性点无法承受的，所以，也必须推上变压器高压侧中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。

5.中性点对继电保护的影响

110kv及以上系统中性点直接接地电网中低压侧有电源的变压器，中性点可能直接接地运行，也可能不接地运行。对这类变压器，应当装设反应单相按地的零序电流保护，用以在中性点接地运行时切除故障；还应当装设专门的零序电流电压保护，用以在中性点不接地运行时切除故障。保护方式对不同类型的变压器又有所不同，下面分别予以说明。5.1全绝缘的变压器 当变压器低压侧有电源且中性点可能不接地运行时，还应增设零序过电压保护。根据《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ 7－79，对于直接接地系统的全绝缘变压器，内过电压计算一般为3Uxg(Uxg---最高运行相电压）。当电力网中失去接地中性点并且发生弧光接地时，过电压值可达到3.0Uxg，因此不会损害变压器中性点绝缘；但在个别情况下，弧光接地过电压值可达到3.5Uxg，仍有损坏变压器的危险。由于一分钟工频耐压大于等于3．0Uxg，所以在3．5Uxg电压下仍允许一定时间，装设零序过电压保护经0.5s延时切除变压器，可以防止变压器遭受弧光接地过电压的损害。其次，在非直接接地电力网中，切除单相接地空载线路产生的操作过电压，可能达到4.0Uxg及以上。电网中失去接地中性点且单相接地时，以0.5s延时迅速切除低压侧有电源的变压器，还可以在某些情况下避免电力设备遭受上述操作过电压的袭击。

在电力网存在接地中性点且发生单相接地时，零序过电压保护不应动作。动作值应按这一条件整定。当接地系数X0/X1≤3时。故障点零序电压小于等于0 ．6Uxg，因此，一般可取动作电压力180V。当实际系统中X0/X1＜3时，也可取与实际X。／X1 值相对应的低于180V的整定值。

5.2分级绝缘的变压器。

对于中性点可能接地或不接地运行的变压器，中性点有两种接地方式：装设放电间隙和不装设放电间隙。这两种接地方式的变压器，其零序保护也有所不同。

(1)中性点装设放电间隙。放电间隙的选择条件是：在一定的X0/X1值下，躲过单相接地暂态电压。一般X0／X1≤3，此时，按躲过单相接地暂态电压整定的间隙值，能够保护变压器中性点绝缘免遭内过电压的损害，当电力网中失去接地中性点且单相接地时，间隙放电。对于中性点装设放电间隙的变压器，要装设零序电流保护，用于在中性点接地运行时切除故障。

此外，还应当装设零序电流电压保护，用于在间隙放电时及时切除变压器，并作为间隙的后备，当间隙拒动时用以切除变压器。零序电流电压保护由电压和电流元件组成，当间隙放电时，电流元件动作；拒动放电时，电压元件动作。电流或电压元件动作后，经0．5s时限切除变压器。零序电压元件的动作值的整定与本条第一款零序过电压保护相同。零序电流元件按间隙放电最小电流整定，一般取一次动作电流为100A。采用上述零序电流保护和零序电流电压保护时，首先切除中性点接地变压器，当电力网中失去接地中性点时，靠间隙放电保护变压器中性点绝缘，经0.5s 延时再由零序电流电压保护切除中性点不接地的变压器。采用这种保护方式，好处是比较简单，但当间隙拒动时，则靠零序电流电压保护变压器，在0.5s期间内，变压器要承受内过电压，如系间歇电弧接地，一般过电压值可达3.0Uxg，个别情况下可达3.5Uxg，变压器有遭受损害的可能性。

(2)中性点不装设放电间隙。对于中性点不装设放电间隙的变压器，零序保护应首先切除中性点不接地变压器。此时，可能有两种不同的运行方式：一是任一组母线上至少有一台中性点接地变压器，二是一组母线上只有中性点不接地变压器。对这两种运行方式，保护方式也有所不同。

采用比较简单的办法：反应中性点接地变压器有零序电流；中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零序电压的零序电流电压保护，其动作时限与相邻元件单相接地保护配合；零序电流保护只设置一段，带一个时限，时限与零序电流电压保护配合，以保证首先切除中性点不接地变压器。

6结论

为防止过电压损坏变压器绝缘，特别是变压器中性点绝缘，应采取以下措施：

切合110kV及以上有效接地系统中性点不接地的空载变压器时，应先将该变压器中性点临时接地。为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高工频过电压的异常运行工况，110～220kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压185kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。间隙动作后，应检查间隙的烧损情况并校核间隙距离。参考资料

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第五篇：变电站接地网材料的选择

变电站接地网材料的选择

编辑：万佳防雷-小黄

电力系统的接地是对系统和网上电气设备安全可靠运行及操作维护人员安全都起着重大的作用。研究接地体的布置、连接，接地体的材质等是保证系统安全稳定运行的必要措施之一，所以说设计、施工高标准的接地系统的变电站防雷工作的重中之重。

一、变电站接地网作用概述

接地网作为变电站交直流设备接地极防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。变电站接地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护苦难等特点在工程建设中受到重视。另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。因此，为保证电力系统的安全运行，降低接地工程造价，应采用最经济、合理的接地网设计思路，本文拟重点就材料选用方面进行相关探讨。

二、变电站接地网常用材料比较

目前广泛使用的接地工程材料有各种金属材料、非金属接地体、降阻剂和离子接地系统等。

1、金属接地材料。金属接地材料（主要指铜材和钢材），由于其具备良好的导电性和经济性，很长时期以来一直是接地工程中最重要的材料之一。但是由于金属材料存在容易腐蚀的问题，对接地电阻的影响也比较大，是安全生产中的一个大的隐患，这个问题一直困扰着用户。同时，近年生产资料价格猛涨造成接地成本增加，使得金属接地材料的缺点逐渐突显，一些行业或地区已经在渐渐地减少金属接地材料的使用，转而使用其它新型的接地材料。

2、非金属接地体。非金属接地材料是目前行业里新生的一种金属接地体的替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能和良好的导电性和较高的性价比被广大用户所接受。目前非金属接地产品主要是以石墨为主要材料。基本成分是导电能力优越的非金属材料材料符合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型。一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法：机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或打冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造，但是，非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。

3、降阻剂。降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。

现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。降阻剂的使用，应掌握其施工技术，以达到最佳的效果，物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。

4、离子接地系统。离子接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导电性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯钢材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的 环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属-钢材。套管法活电镀法生产，表面铜层的厚度为0.01mm到0.50mm,厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可以满足地形严重局限的工程需要。

三、接地材料的具体选用

不同的行业，不同的地域使用的接地材料也不尽相同，不同的接地材料有着不同的特点，根据其特点结合环境使用是接地工程前期应该考虑的问题。

目前市场上使用率最高的接地材料还是金属材料，主要有铜板、角钢和扁钢等，但是由于接地环境的不同和用户需求也不尽相同。在有些环境和情况下是不适合使用金属接地材料的，例如在高腐蚀土壤中金属接地材料在很短的时间久被腐蚀而丧失接地的功能。同时，从造价方面来考虑，使用金属材料的传统接地，在工程造价上可能不会太高的，但是它的使用寿命短，使用非金属接地体要比金属材料的传统接地高一些，但其使用寿命要比传统接地的寿命高出好几倍，根据其寿命传统接地平均每年造价不低于3-4千元，而非金属接地体根据其寿命平均每年造价不高于3-4百元，这还不包括因地网不合格改造的工程费用，这些都是应该在选择接地材料时加以考虑的。

此外根据环境不同采用不同的材料作为接地体也是延长有效接地寿命的方法。离子接地棒适合在城市不具备施工空间的地方使用，例如城市建筑群等，而对于山地条件则比较适合使用非金属接地棒，由于在山地离子棒自身的吸水性并不能满足自身稳定接地电阻的需要常常要增加盐类，而岩石环境又是失水环境，所以这种环境下就应该选用吸水性好的具有较高强度 的非金属接地棒作为接地体，同时在野外也要考虑使用离子接地棒的可能丢失问题，在一般土壤环境比较适合使用压制的非金属接地体和金属接地体。

四、结束语

在变电站建设中，把接地做好是很关键的一件事，这也是复杂的系统工程，在不同的条件下选用适合的接地材料，在有限的资金情况下，做好一个合格的地网不仅要考虑资金的因素更要考虑性能因素。在现代随着微电子技术的迅猛发展，它对环境要求也越来越高，有一个很小的流涌就可以使设备损坏，人们对接地系统的重视程度也逐步提高，接地做的好与坏直接关系到设备能否正常运行，是否有安全隐患的大问题。因而，对接地材料性能、适用环境进行详细的了解是选择好的接地材料，做好接地网建设的重要因素。