第八節 變壓器中性點接地方式

一、問題的提出

變壓器中性點接地方式是關系到電力系統許多方面的綜合性技術課題，把三相交流電力系統中性點與大地之間的電氣連接方式，稱為電網中性點接地方式。中性點接地方式涉及電網的安全可靠性、經濟性；同時直接影響系統設備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護方式、通信干擾等。一般來說，電網中性點接地方式也就是變電所中變壓器的各級電壓中性點接地方式。因此，在變電所的規劃設計時選擇變壓器中性點接地方式應進行具體分析、全面考慮。它不僅涉及到電網本身的安全可靠性、變壓器過電壓絕緣水平的選擇，而且對通信干擾、人身安全有重要影響。

我國110kV及以上電網一般采用大電流接地方式，即中性點有效接地方式（在實際運行中，為降低單相接地電流，可使部分變壓器采用不接地方式），這樣中性點電位固定為地電位，發生單相接地故障時，非故障相電壓升高不會超過1.4倍運行相電壓中性點；暫態過電壓水平也較低；故障電流很大，繼電保護能迅速動作于跳閘，切除故障，系統設備承受過電壓時間較短。因此，大電流接地系統可使整個系統設備絕緣水平降低，從而大幅降低造價。

6～35kV配電網一般采用小電流接地方式，即中性點非有效接地方式。近幾年來兩網改造，使中、小城市6～35kV配電網電容電流有很大的增加，如不采取有效措施，將危及配電網的安全運行。中性點非有效接地方式主要可分為以下三種：不接地、經消弧線圈接地及經電阻接地。

二、變壓器中性點接地方式的比較1.變壓器中性點不接地的配電網

中性點不接地方式，即中性點對地絕緣，結構簡單，運行方便，不需任何附加設備，投資省，適用于農村10kV架空線路長的輻射形或樹狀形的供電網絡。該接地方式在運行中，若發生單相接地故障，流過故障點的電流僅為電網對地的電容電流，其值很小，需裝設絕緣監察裝置，以便及時發現單相接地故障，迅速處理，避免故障發展為兩相短路，而造成停電事故。適用于單相接地故障電容電流I_c小于10A，以架空線路為主，尤其是農村10kV配電網。此類型電網瞬間單相接地故障率占60%～70%，希望瞬間接地故障不動作于跳閘。

其特點為：

（1）單相接地故障電容電流I_c小于10A，故障點電弧可以自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復。

（2）單相接地不破壞系統對稱性，可帶故障運行一段時間，保證供電連續性。（3）通信干擾小。

（4）單相接地故障時，非故障相對地工頻電壓升高

3U_e，此系統中電氣設備絕緣要求按線電壓設計。

（5）當I_c大于10A時，接地點電弧難以自熄，可能產生過電壓等級相當高的間歇性弧光接地過電壓，且持續時間較長，危及網內絕緣薄弱設備，繼而引發兩相接地故障，引起停電事故。

（6）系統內諧振過電壓引起電壓互感器熔斷器熔斷，燒毀TV，甚至燒壞主設備的事故時有發生。

變壓器中性點不接地系統發生單相接地故障時，其接地電流很小，若是瞬時故障，一般能自動消弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統的對稱性，可帶故障連續供電2h，從而獲得排除故障時間，相對地提高了供電的可靠性。

2.變壓器中性點經傳統消弧線圈接地

采用中性點經消弧線圈接地方式，即在中性點和大地之間接入一個電感消弧線圈。適用于單相接地故障電容電流I_c大于10A，瞬間性單相接地故障較多的架空線路為主的配電網。在系統發生單相接地故障時，利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進行補償，使流過接地點的電流減小到能自行熄弧范圍，線路發生單相接地時，按規程規定電網可帶單相接地故障運行2h。對于中壓電網，因接地電流得到補償，單相接地故障并不發展為相間故障，因此中性點經消弧線圈接地方式的供電可靠性，大大高于中性點經小電阻接地方式。

其特點為：

（1）利用消弧線圈的感性電流補償接地點流過的電網容性電流，使故障電流小于10A，電弧自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復。

（2）減少系統弧光接地過電壓的概率。（3）系統可帶故障運行一段時間。

（4）降低了接地工頻電流（即殘流）和地電位升高，減少了跨步電壓和接地電位差，減少了對低壓設備的反擊以及對信息系統的干擾。

目前，國內運行的消弧線圈分手動調節和自動跟蹤補償兩類：前一種手動調節時，消弧線圈需退出運行，且人為估算電容電流值誤差較大，現已較少使用；后一種能自動進行電容電流測量并自動調整消弧線圈，使補償電流適應系統的變化，現一般都選擇該種消弧線圈。

3.變壓器中性點經電阻接地

中性點經電阻接地適于瞬間性單相接地故障較少的電力電纜線路。中性點經電阻接地方式，即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統對地電容構成并聯回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻尼元件，對防止諧振過電壓和間

歇性電弧接地過電壓有一定優越性。在中性點經電阻接地方式中，一般選擇阻值較小的電阻，在系統單相接地時，控制流過接地點的電流在500A左右，也有的控制在100A左右，通過流過接地點的電流來啟動零序保護動作，切除故障線路。

其特點為：

（1）降低操作過電壓。中性點經電阻接地的配網發生單相接地故障時，零序保護動作，可準確判斷并快速切斷故障線路。

（2）可有效降低工頻過電壓，單相接地故障時非故障相電壓為

3U_e，且持續時間短。（3）中性點接地電阻為耗能元件，也是阻尼元件（消弧線圈是諧振元件）。

（4）有效地限制弧光接地過電壓，當電弧熄滅后，系統對地電容中的殘余電荷將通過接地電阻泄放掉，下次電弧重燃時，不會疊加形成過電壓。

（5）可有效消除系統內諧振過電壓，中性點電阻接地相當于在諧振回路中并接阻尼電阻，試驗表明，只要中性點電阻小于1500Ω，就可以消除各種諧振過電壓，電阻越小，消除諧振的效果越好。

（6）對電容電流變化的適用范圍較大，簡單、可靠、經濟。中性點接地電阻的選擇：

（1）從減少短路電流對設備的沖擊角度和安全角度考慮，減少故障點入地電流，降低跨步電壓和接觸電壓，I值越小越好，即中性點接地電阻越大越好。

（2）為將弧光接地過電壓限制在2倍以內，一般按I_R =（1～4）I_c要求選擇接地電阻。

（3）中性點經電阻接地系統是通過各線路的零序保護判斷和切除故障線路的，在選擇R_n時，要保證每條線路零序保護靈敏度要求。

選擇中性點接地電阻必須根據電網的具體條件，考慮限制弧光接地過電壓、繼電保護靈敏度、對通信干擾、安全等因素。目前，深圳各區變電所中性點均采用15Ω，北京、廣州等地的變電所則采用9.9Ω的小電阻接地方式。

4.自動跟蹤補償消弧線圈

自動跟蹤補償消弧線圈按改變電感方法的不同，大致可分為調匝式、調氣隙式、調容式、調直流偏磁式、可控硅調節式等。

（1）調匝式自動跟蹤補償消弧線圈。調匝式消弧線圈是將繞組按不同的匝數抽出分接頭，用有載分接開關進行切換，改變接入的匝數，從而改變電感量。調匝式因調節速度慢，只能工作在預調諧方式，為保證較小的殘流，必須在諧振點附近運行。

（2）調氣隙式自動跟蹤補償消弧線圈。調氣隙式電感是將鐵芯分成上下兩部分，下部分鐵芯同線圈固定在框架上，上部分鐵芯用電動機，通過調節氣隙的大小達到改變電抗值的目的。它能夠自動跟蹤無級連續可調，安全可靠。其缺點是振動和噪聲比較大，在結構設計中應采取措施控制噪聲。這類裝置也可以將接地變壓器和可調電感共箱，使結構更為緊湊。

（3）調容式消弧補償裝置。通過調節消弧線圈二次側電容量大小來調節消弧線圈的電感電流，二次繞組連接電容調節柜，當二次電容全部斷開時，主繞組感抗最小，電感電流最大。二次繞組有電容接入后，根據阻抗折算原理，相當于主繞組兩端并接了相同功率、

阻抗為K²倍的電容，使主繞組感抗增大，電感電流減小，因此通過調節二次電容的容量即可控制主繞組的感抗及電感電流的大小。電容器的內部或外部裝有限流線圈，以限制合閘涌流。電容器內部還裝有放電電阻。

（4）調直流偏磁式自動跟蹤補償消弧線圈。在交流工作線圈內布置一個鐵芯磁化段，通過改變鐵芯磁化段磁路上的直流勵磁磁通大小來調節交流等值磁導，實現電感連續可調。

直流勵磁繞組采取反串連接方式，使整個繞組上感應的工頻電壓相互抵消。通過對三相全控整流電輸出電流的閉環調節，實現消弧線圈勵磁電流的控制，利用微機的數據處理能力，對這類消弧線圈伏安特性上固有的不大的非線性實施動態校正。

（5）可控硅調節式自動跟蹤補償消弧線圈。該消弧系統主要由高短路阻抗變壓器式消弧線圈和控制器組成，同時采用小電流接地選線裝置為配套設備，變壓器的一次繞組作為工作繞組接入配電變壓器中性點，二次繞組作為控制繞組由2個反向連接的可控硅短路，可控硅的導通角由觸發控制器控制，調節可控硅的導通角在0～180°之間變化，使可控硅的等效阻抗在無窮大至零之間變化，輸出的補償電流就可在零至額定值之間得到連續無級調節。可控硅工作在與電感串聯的無電容電路中，其工況既無反峰電壓的威脅，又無電流突變的沖擊，因此可靠性得到保障。

5.變壓器中性點接地方式的選擇

（1）配電網中性點采用傳統的小電流接地方式。配電網采用小電流接地方式應認真地按DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準的要求執行，對架空線路電容電流在10A以下可以采用不接地方式，而大于10A時應采用消弧線圈接地方式。采用消弧線圈時應按要求調整好，使中性點位移電壓不超過相電壓的15%，殘余電流不宜超過10A。消弧線圈宜保持過補償運行。

（2）配電網中性點經低電阻接地。對電纜為主的系統可以選擇較低的絕緣水平，以利節約投資，但是對以架空線為主的配電網因單相接地而引起的跳閘次數則會大大增加。

對以電纜為主的配電網，其電容電流達到150A以上，故障電流水平為400～1000A，可以采用這種接地方式。采用低電阻方式時，對中性點接地電阻的動熱穩定應給予充分的重視，以保證運行的安全可靠。

（3）配電網采用自動跟蹤補償裝置。隨著城市配電網的迅速發展，電纜大量增多，電容電流達到300A以上，而且由于運行方式經常變化，特別是電容電流變化的范圍比較大，用手動的消弧線圈已很難適應要求，采用自動快速跟蹤補償的消弧線圈，并配合可靠的自動選線跳閘裝置，可以將電容電流補償到殘流很小，使瞬時性接地故障自動消除而不影響供電。而對于系統中永久性的接地故障，一方面通過消弧系統的補償來降低接地點電流，防止發生多相短路；另一方面，通過選線裝置正確選出接地線路并在設定的時間內跳閘，避免了系統設備長時間承受工頻過壓。因此，該接地方式綜合了傳統消弧線圈接地方式跳閘率低、接地故障電流小的優點和小電阻接地方式對系統絕緣水平要求低、容易選出接地故障線路的優點，是比較合理和很有發展前景的中性點接地方式。

（4）6～35kV配電網的接地方式選擇。

1）以架空線路為主的城鄉配網，架空線路發生接地故障70%為瞬間故障；只需按照50

規程要求，以系統電容電流是否大于10A來確定，選用中性點不接地或自動跟蹤消弧線圈接地方式。

2）以電纜線路為主的城鄉配網，變電所覆蓋面較大，出線較多且一般為電纜線路，系統電容電流也較大，據有關文獻和運行實踐，電纜線路發生接地故障大約50%為瞬間故障。但由于電纜線路的特殊性，一般可選用小電阻接地方式，犧牲一些供電可靠性，來防止擴大事故。

3）以架空和電纜混合線路為主的城鄉配網，兼顧架空和電纜線路的特點，使配網的接地方式選擇在自動跟蹤消弧線圈和小電阻兩種方式上左右為難。

單相接地故障時，非故障相對地工頻電壓升高

3U_e，持續時間長，可能引起點絕緣擊穿，事故擴大。

消弧線圈無法補償諧波電流，而有些城市或工廠中諧波電流所占比例為5%～15%，僅諧波電流就足以支持電弧穩定燃燒。

尋找單相接地故障線路困難，目前許多小電流接地選線的動作率還不理想，往往仍采用試拉法。

電纜溝或電纜排管內的電纜發生單相接地時，尋找故障線路時間長，在帶接地故障運行期間，容易引起人身觸電。另外，采用小電阻接地方式，可能錯誤切除瞬間故障線路，造成對用戶的供電中斷，降低了供電可靠性，減少了供電量。