汪波涛，王明芳，田 侃，兰 柏，王 勇，陈 瑞

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

浅析发电厂厂用电系统中性点接地方式的选择

汪波涛，王明芳，田 侃，兰 柏，王 勇，陈 瑞

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

本文对各种接地方式的优缺点进行了比较，对一起发电厂电缆着火事故进行了分析，并结合厂用电系统的特点，提出了适合厂用电系统的中性点接地方式。

中性点；接地；厂用电

目前，我国电力系统中性点接地方式主要有以下几种：不接地、直接接地、低阻接地、高阻接地、谐振接地等。这几种接地方式广泛运用于我国电力系统，各有优缺点。中性点接地方式的选择涉及过电压、绝缘配合、继电保护、供电可靠性等方面的因素，需要根据系统的特点以及设备状况综合考虑。发电厂厂用电系统主要由电动机、电缆等绝缘较为薄弱的设备组成，因此，需根据厂用电系统的特点，结合各种接地方式的优缺点，选择相应的中性点接地方式。

1 各种接地方式

1.1 中性点不接地

中性点不接地系统可以视为经容抗接地的接地系统，该电容是由电网中的电缆、架空线路、电机、变压器等所有电气设备对地耦合电容所组成。当发生单相接地故障时，流经故障点的稳态电流是对地电容电流，一般故障电流较小，当故障电流在允许的范围内，能带故障运行较长时间，供电可靠性较高。

但是当电缆回路多，线路较长时，电容电流将很大，单相接地时接地电弧则不能自动熄灭，会造成事故扩大。而且，当发生单相接地时，非故障相的电压会升高为线电压，中性点电压也会上升为相电压，严重威胁着设备绝缘。中性点不接地系统见图1。

图1 中性点不接地系统Fig.1 Isolated neutral system

在GB/T 50064—2014中有如下规定：不直接连接发电机、由电缆线路构成的6～20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式。

1.2 中性点直接接地

中性点直接接地系统中，当发生单相接地时，由于存在短路回路，所以接地电流很大，继电保护装置将动作跳闸，因而供电可靠性差。同时，由于故障电流很大，可能会灼伤设备，尤其是因各种原因引起继电保护装置不能正确动作，或者不能及时动作时，则很有可能造成相间短路，严重时会损害设备。

但是，中性点直接系统，当发生单相接地时，非故障相电压不会升高，可以降低系统的绝缘水平。同时，单相接地产生较大的短路电流，保护装置能准确做出判断，提高了保护的灵敏度。

中性点直接接地系统主要运用于110kV以上的高压系统，对于高压系统中性点选择主要考虑绝缘配合，若中性点不接地，当发生单相接地时，未故障相就要承受倍的相电压，瓷绝缘子体积就要增大近一倍，绝缘投资将大大增加。

1.3 中性点低阻接地

中性点低阻接地系统较直接接地系统，故障电流大大减小，但是一般也达上百安培，同时，跟直接接地系统一样，低阻接地系统过电压的危险也较低。

但是低阻接地系统单相接地时故障电流也较大，存在烧伤设备的危险，同时，继电保护装置必须动作于跳闸，其供电可靠性也不高。

1.4 中性点高阻接地

高阻接地系统是利用高阻大大减小故障电流，一般在数十安培。目前最常见的高阻接地主要采用配电变经二次电阻接地的方式，这种接地方式能将接地故障电流限制在一定的水平内，同时，也能抑制暂态过电压。

但是，高阻接地系统还是未能解决单相接地时，电弧自熄的问题。在厂用电系统中，电缆较多，一旦电缆发生单相接地，电弧不能及时熄灭，会造成严重的后果。

1.5 中性点谐振接地

中性点谐振接地系统是在中性点通过消弧线圈接地的方式，这种接地方式是利用消弧线圈的电感电流来补偿电容电流，使单相接地时的故障电流很小，电弧能自行熄灭，不会伤害到设备，也能带故障运行一段时间，供电可靠性较高。

在中性点经消弧线圈接地电力系统中，由于各相对地电容不相等，会引起中性点对地的位移电压。这个位移电压会导致三相电压的不平衡,而中性点位移电压可表示为［见式（1）］：

式中：ν——脱谐度ν=(IC–IL)/IC；

d——系统的阻尼率，d=3gc/ω(Ca+Cb+Cc)；

gc——对地电导；

ρ——不对称度，ρ=–(Ca+α2Cb+αCc)/(Ca+Cb+Cc)。

从式（1）中可以看出，中性点位移电压与不对称度ρ及三相的对地电容不对称有关，与系统的阻尼率d有关，还与脱谐度ν有关。因此，在消弧线圈接地系统中，要调整好脱谐度，防止中性点位移电压过高，不得超过规程规定相电压的10%。

消弧线圈的补偿一般有过补偿和欠补偿。假设系统的电容电流为Ic，消弧线圈的补偿电流为IL，ν=(Ic–IL)/Ic，式中ν为脱谐度，若IL大于Ic，则称为过补偿，若IL小于Ic，则称为欠补偿。一般电网运行中都采用过补偿运行，因为在欠补偿运行时，若发生一条线路跳闸，Ic减小，脱谐度减小，会引起中性点位移电压增大的情况。尤其在一相断线情况下，由于电网三相对地电容不对称度增大，中性点位移电压将随之增大，为了减少位移电压，一般在消弧线圈上并联电阻，加大系统阻尼率。

目前系统中常用的消弧线圈都需要手动调节，不能根据系统对地电容量的变化进行补偿，且由于故障电流减小为很小的残流后，继电保护装置正确识别故障线路，保护的选择性和灵敏度都降低了。

随着电力科技的高速发展，自动跟踪补偿消弧线圈加自动选线装置的接地方式（见图2）在电力系统中得到越来越广泛的运用。自动跟踪补偿消弧线圈装置可以自动适时地监测跟踪电网运行方式的变化，快速调节消弧线圈的电感值，跟踪补偿变化的电容电流，使脱谐度始终处于规定的范围内，有效防止内部过电压。

图2 自动跟踪补偿消弧线圈加自动选线装置的接地Fig.2 The grounding system with automatic tracking compensation are suppression coil and automatic line selection device

2 各种接地方式的优缺点

以上各种中性点接地方式各有特点，这是它们广泛运用于电力系统的原因。对于某种接地方式的好坏不能一概而论，应根据系统、设备的情况选择更适合的接地方式。为了更直观地了解比较各接地方式的优缺点，我们从人身安全、接地电流、过电压、供电可靠性、继电保护工作可靠性等方面进行对比（见表1）。

表1 各种接地方式优缺点比较Tab.1 The advantages and disadvantages of all kinds of grounding method

中性点不接地系统在对地电容电流较小时，能自动清除单相接地故障，而不必跳闸，供电可靠性有保障，但是一旦电容电流超过允许值，电弧则不能自动熄灭，存在电弧接地过电压和烧伤设备的危险。因此中性点不接地系统正逐步被其他接地方式取代。

中性点经电阻接地系统，可以直接消除中性点不接地系统的缺点，实现灵敏而有选择性的接地保护，并减少电弧接地过电压的危险。但是从某种程度上说，它几乎同时具有直接接地、不接地和经消弧线圈接地三种方式的主要缺点。

中性点直接接地系统过电压较低，也不需要任何附加接地设备，投资较小，但是，在这种系统中，一切故障都将引起断路器跳闸，且单相接地电流很大，有时候还会超过三相短路电流，有严重烧损设备的危险。

而自动跟踪补偿消弧线圈加自动选线装置的接地方式，单相接地故障电流小，电弧能自行熄灭，对人身安全和设备威胁最小，由于能自动跟踪调节，可以将脱谐度控制在适当范围，抑制了过电压的水平。

3 某电厂6.3kV中性点不接地系统电缆着火事故

3.1 电厂6.3kV厂用电系统简介

某发电厂由一期、二期、三期和红石4座电站构成，共安装11台机组，总装机容量200万kW。其中二期电站由2台30万kW混流式水轮发电机组组成，1992年全部投产发电。一期、二期、三期电站共有3台厂用高压变压器，分别是一期21B，二期26B（见图3），三期27B。厂用高压变压器高压侧接于220kV系统，中性点接地，低压侧通过限流电抗器接6.3kV母线，6.3kV系统为不接地系统。

6.3kVⅠ段母线上接2台电机、4台变压器（6.3kV/400V）以及2回与第一、三期连接的馈线；6.3kVⅡ段母线上接1台电机、5台变压器（6.3kV/400V）以及2回与第一、三期连接的馈线。所有设备均通过6.3kV电缆与6.3kV母线相连，而且有多回电缆距离较长，6.3kV系统对地电容较大。

图3 某电厂6.3kV厂用电系统第二期厂用高压变压器26BFig.3 Phase Ⅱ auxiliary transformer 26B of the 6.3kV auxiliary power system in a power station

3.2 事故原因分析

经事故调查，电厂二期电站火灾事故的发生，是由于二期厂用高压变压器26B至限流电抗器间6.3kV电力电缆在副厂房三层电缆室电缆竖井转角处，因电缆通道空间狭小，且路径单一，致使电缆弯曲半径过小，损伤绝缘，最终发展成单相间歇性接地，直至三相短路。

电厂6.3kV系统为不接地系统，单相接地时，故障电流为系统三相总对地电容电流Ic，当Ic超过允许值时，电弧就不能自行熄灭，而电缆的绝缘薄弱，耐火性能较差，继电保护装置又未及时正确动作，隔离故障回路，所以，导致电缆着火，进而发生火灾，造成了事故进一步扩大。因此，中性点不接地系统，一旦电容电流超过允许值，电弧不能自动熄灭，将会严重威胁设备的安全。

3.3 中性点不接地的6～35kV系统反措要求

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中规定：对于中性点不接地的6～35kV系统，应根据电网发展每3～5年进行一次电容电流测试。当单相接地故障电容电流超过《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620—1997）规定时，应及时装设消弧线圈；单相接地电流虽未达到规定值，也可根据运行经验装设消弧线圈，消弧线圈的容量应能满足过补偿的运行要求。在消弧线圈布置上，应避免由于运行方式改变出现部分系统无消弧线圈补偿的情况。对于已经安装消弧线圈、单相接地故障电容电流依然超标的应当采取消弧线圈增容或者采取分散补偿方式；对于系统电容电流大于150A及以上的，也可以根据系统实际情况改变中性点接地方式或者在配电线路分散补偿。

4 发电厂厂用电系统中性点接地方式的选择

发电厂厂用电系统过去大多选择中性点不接地，靠电弧自动熄灭来消除单相接地故障。但是，随着发电厂高压厂用电负荷增加、高压电缆也不断增多，电缆线越来越长，随之而来的是高压厂用电系统的对地电容电流不断增大，直接威胁着设备的安全。因此，需要结合目前厂用电系统的特点，从过电压、绝缘配合、继电保护、供电可靠性等方面来选择合适的中性点接地方式。

发电厂厂用电系统多为电动机、电缆等绝缘薄弱的设备，这就要求系统对地电容电流小，过电压威胁小。而且，发电厂厂用电系统在供电可靠性方面有特殊的重要性，那么就对继电保护的选择性和灵敏性有较高的要求。

通过以上对各种中性点接地方式的分析比较，自动跟踪补偿消弧线圈加自动选线装置的接地方式适合发电厂厂用电系统。这种接地方式单相接地故障电流小，电弧能自行熄灭，对人身安全和设备威胁最小，而且由于可以自动跟踪调节，将脱谐度控制在适当范围，所以能有效抑制过电压水平。

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汪波涛（1980—），男，工程师，本科，主要研究方向：电气设备性能技术监督及故障分析。E-mail:240161888@qq.com

王明芳（1963—），女，助理工程师，中专，主要研究方向：控制系统及设备检修。

田 侃（1981—），男，高级工程师，研究生，主要研究方向：电气一次设计。E-mail:27633261@qq.com

兰 柏（1982—），男，高级工程师，研究生，主要研究方向：电气设备性能技术监督及故障分析。E-mail:13601094639@163.com

王 勇（1981—），男，高级工程师，研究生，主要研究方向：电气设备管理。E-mail:yong-wang.zhw@sgxy.sgcc.com.cn

陈 瑞（1981—），女，河南郑州人，高级工程师，硕士，主要研究方向：电力系统高压电气设备试验及状态评价。E-mail:chenrui 0705@126.com

A Brief Study on the Selection of Neutral Point Grounding Way of Power Plant Auxiliary Power System

WANG Botao, WANG Mingfang, TIAN Kan, LAN Bo, WANG Yong, CHEN Rui
(Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd, Fengtai District, Beijing 100161, China)

In this paper, the advantages and disadvantages of all kinds of grounding method were compared, and a power cable fire accident was analyzed.Meanwhile, the suitable for auxiliary power system neutral point grounding way was put forward, combined with the characteristics of auxiliary power system.

neutral point; grounding; auxiliary power system

TV74

A 学科代码：570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2016.05.012