浅析中性点接地的方式及接地故障保护的配置

许一晴

（ 320586198311086613 苏州宏翊电气科技有限公司）

浅析中性点接地的方式及接地故障保护的配置

许一晴

（ 320586198311086613 苏州宏翊电气科技有限公司）

我国电力系统当中，中性点接地的主流方式包括经消弧线圈、不接地以及直接接地三种。电力系统运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，接地故障作为电力系统中最为常见的故障，据统计占到高压线路总故障次数的70%以上。由于中性点使用的接地方式有异，电力系统当中发生接地方面故障的原因、性质和危害程度也不相同，我们可以根据不同的接地方式而配置有效的电网接地故障保护，这对于保护电力线乃至整个电力系统有着重要意义。

中性点 接地方式 绝缘监察装 消弧线圈

引言

电力系统的中性点是指三相系统做星形连接的变压器或发电机的中性点。在我国电力系统当中，中性点接地的主流方式包括经消弧线圈、不接地以及直接接地三种。其中，前两者即经消弧线圈和不接地线圈系统被称作小型接地电流系统，而后者被称作大型接地电流系统。电力系统中性点的工作方式是一个比较复杂的综合性技术问题，不论采用哪种工作方式，都会涉及到一系列问题，包括供电系统的稳定性、绝缘和过电压的契合程度以及继电保护与自动装置动作设定等，下面就中性点的三工种作方式及在不同的中性点接地方式下，需配置哪些接地保护装置分别加以分析。

1. 中性点直接接地系统

1.1 接地故障分析

1.1. 1 接地故障的基本特征分析。正常运行及三相短路时，因为系统三相是对称的，三个相电压和电流向量之和都为零，正因为此并不存在零序电流和电压。在这种条件下，其中两相短路情况下也不存在零序电流和电压。在一相发生接地短路的情况下，例如某相发生接地故障，由于某相电压等于零，系统将会产生零序电压和零序电流。发生两相接地短路时，也会出现零序电压和零序电流。

1.1.2 单相接地短路时的零序分量。单相接地短路时，零序电流为通过故障点短路电流的1/3，二者的相位相同，均由电源流向故障点，零序电流的分布取决于变压器中性点接地的分布情况，与电源的数目无直接关系。故障点的零序电压，为非故障相电压向量和的1/3，方向由线路指向大地。零序电压的分布，在故障点，由于故障相电压等于零，三个电压最不对称，故零序电压最高，离接地故障点越远，离接地中性点越近的地方，零序电压越低。单相接地短路时，零序功率与短路功率相等，其方向由故障点流向电源。

1.2 中性点直接接地系统的零序保护配置

1.2.1 零序电流保护（三段式）

1.2.1.1 瞬时零序电流速断（零序Ⅰ段保护）。这一条件下动作电流根据避免被保护线路末端发生接地短路瞬间流过装置零序电流的最大值来确定。保护灵敏度按保护范围的长度来检验，在最小运行方式下，要求保护范围不小于线路全长的15%。在发生接地故障时保护瞬时动作，不能保护线路全长。

1.2.1.2 时限零序电流速断保护（零序II段保护）。这一条件下的动作电流根据避免零序保护I段的末端发生接地短路条件下瞬时最大零序电流来确定。此后的灵敏度测试标准值应当根据这一线路末端短路发生时整个装置的零序电流最小值来确定。保护的动作时间比下一线路零序I段的动作时间多一个△t。

1.2.1.3 零序过电流保护（零序III段保护）。其动作电流按躲过下一线路始端方发生三相短路时所出现的最大不平衡电流来整定，根据运行经验一般取2—4A即可。保护的灵敏度按保护区末端接地短路 时的最小零序电流来校验，当做本线路的后备保护时，要求灵敏度大于2，当做下一线路的后备保护时，要求灵敏度大于1.5。保护的动作时限与下一级线路的零序III段保护相配合。

1.2.2 零序方向电流保护（三段式）。在使用两侧电源供电的电网系统当中，如果双侧的变压器中性点都存在接地的现象，在此系统线路发生短路时，零序电流从故障点分成两个支路分别流向两侧接地的中性点。在这种情况下，就需要在三段式零序电流保护的基础上，加装方向元件来保证保护动作的选择性，就构成了三段式零序方法电流保护。

2. 中性点不接地系统

2.1 中性点不接地系统单相接地（以完全接地为例）时基本特点

2.1.1 零序电压及分布。是指单相接地并且电压（对地电压）为零，其余两相的电压（对地电压）升高三倍，中性点的电压与正常运转的相电压相等但是相对位置发生移动；这种情况下零序电压会在系统内发生并且电压值处处相同，数值与正常运行时无异。

2.1.2 零序电流及分布。接地相电容电流为零，其它两相电容电流随对地电压而增大3倍，由此而导致零序电流的产生；系统内其他线路电流和电容的综合与故障线路始端的零序电流相等；此时其他正常运行线路的零序电流从母线开始流至各线路，大小为本线路的电容电流。

2.2 中性点不接地系统采用的接地保护装置

2.2.1 绝缘监察装置。利用中性点不接地系统正常时没有零序电压，接地故障时出现零序电压的特点，可装设绝缘监察装置。绝缘监察装置主要靠电压互感器开口三角的二次线圈所反应的零序电压来实现。这种装置的动作是无选择性的，能分清接地相别却不能具体到接地线路。通常需要值班人员用依次用手动断开断路器的方法进行选线，只适合出线较少的变电站。

2.2.2 零序电流保护装置。当中性点不接地系统中接地故障发生时，故障发生处于非故障线路相比零序电流更大，也正因为这一特征，从业者可以选择配备零序电流保护装置，其中的电流保护装置电流大于本线路电流数即可。通过流过保护的最小零序电流来校验保护的灵敏度，此种保护一般动作于信号。

2.2.3 零序方向保护装置。根据故障和非故障电路始端的不同零序电流流向来对零序方向进行保护，优点在于其可选择性。

3. 中性点经消弧线圈接地系统

3.1 消弧线圈的作用

消弧线圈是一个带铁芯的可调的电感线圈，连接在发电机或变压器的中性点与大地之间。当发生单相接地故障时，消弧线圈会形成一个与接地电容电流等大小，反方向的电感电流，能补偿接地电容电流，使接地点的电流减小或近于零，从而消除接地故障点的电弧及由电弧造成的危害，确保系统安全运行。

3.2 消弧线圈的补偿方式

3.2.1 全补偿。全补偿主要是指在消弧线圈的电流电感与补偿接地电容电流正好相抵没有盈余导致接地点电流为零的情况，然而这种方法在实际操作当中很难适用。因为正常运行时，各相对地电压不完全对称，致使在未发生接地的情况下，中性点与地之间产生一定电压，此电压将引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘。

3.2.2 欠补偿。欠补偿主要是指在消弧线圈中的电流电感难以补偿接地的电流电感导致接地点存在亏欠补偿电流电容的情况。与前者相同，此方式在实际当中普及程度也很有限。这是由于欠补偿机制下的系统一旦部分电路效率下降或者被中断时，将使网络电容电流减少，可能造成全补偿，也会出现串联谐振过电压。

3.2.3 过补偿。过补偿是指当电感电流大于接地电容电流，接地点的电容电流补偿后仍存在盈余的情况。这种方式之所以被广泛采用原因是可以协调串联谐振电压。采用这种方式的条件下时，随着电力系统发展，线路增加，系统对地电容增加后，因原有消弧线圈留有一定的裕度，仍可继续使用。

结语 在我国，一般来说，110Kv及以上电压等级电网，均采用大接地电流系统，而3—10Kv电网，则为小接地电流系统。在大电流接地系统中，发生单相接地时由于接地故障电流较大，保护装置均作用于跳闸。而在这种接地系统条件下，单相接地情况发生时电压仍处于对称状态，相对电流较低，对于复合供电没有负面影响，允许带接地点运行一段时间，因此小电流接地系统的接地保护装置常动作于信号。

[1]纪建伟 电力系统分析 中国电力出版社 2012年

[2]邰能灵 现代电力系统继电保护原理 中国电力出版社2012年

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1007-6344（2015）12-0040-01