厂用系统高阻接地的定义及探讨

厂用系统高阻接地的定义及探讨

靳建坤郭环宇

靳建坤郭环宇

（神华国能天津大港发电厂有限公司天津300072）

摘要：对于发电厂高压厂用电系统，相关规程规定可采用不接地或者经电阻接地方式。由于电厂高压厂用电系统一般都是采用电缆线路，电容电流较大，为了使单相接地时的弧光过电压尽快降低甚至熄弧，我国大部分大型电厂基本都采用电阻接地方式。对于经电阻接地，一般也分为高阻接地、低阻接地。但是对于多大电阻属于高阻业内并没有一个明确的数值。本文主要就是针对这种情况，通过对中性点接地原理、特点、作用等方面进行分析，并以国家标准、行业标准为佐证，力求对高阻接地、低阻接地有一个明确的定义，相信会对我们以后的工作起到积极的作用。

关键词：厂用电；高阻；接地

1.中性点概述

电力网的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机及对通信线路的干扰等。根据国内外电力网发展经验，一般着重考虑供电可靠性与绝缘水平两方面的问题。

1.1.电力系统中性点

电力网的中性点接地方式虽然有多种表现形式，但基本上可以划分为二大类：中性点非直接接地和中性点直接接地【1】。

1.2中性点非有效接地

（1）中性点不接地；

中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110kV以上电网。在6～63kV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。

（2）中性点经消弧线圈接地；

在电压等级较低（如10kV及以下）的电网，绝缘费用在总投资中所占的比重不大，降低绝缘水平的经济价值不甚显著，因而着重考虑供电可靠性的要求，一般采用中性点不接地的方式。但是，在电网线路长度比较长时，电容电流也比较大，当电网发生单相电弧接地时，接地电弧不能自动熄灭，仍需跳闸，供电可靠性的优点也就不存在了。因此，当单相接地电流大于规定值时，中性点应装设消弧线圈接地。

（3）中性点经高电阻接地

当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地方式【2】。此接地方式和经消弧线圈接地方式相比，改变了接地电流相位，加速泄放回路中的残余电荷，促使接地电弧自熄，从而降低弧光间隙接地过电压，同时可提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作。

1.3中性点有效接地

（1）直接接地

直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加了断路器负担，降低供电连续性，但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。故适用于110kV及以上电网中。

（2）小电阻接地

6kV～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，一般为100～1000A，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要求以及本地的运行经验等。

2.中性点非有效接地系统及其特点

2.1中性点不接地系统

2.1.1中性点不接地系统正常运行分析

（1）电路（2）相量图

图1正常运行时中性点不接地系统

中性点不接地的电力系统正常时的电路图和相量图如图1所示，三相线路的相间及相与地间都存在着分布电容。这里只考虑相与地间的分布电容，且用集中电容来表示，系统正常运行时，三相相电压UA、UB、UC是对称的，三相线路对地的电容电流也是对称的，如图1（2）所示。这时三相的对地电容电流的相量和为零，因此没有电流在地线中流过。各相对地电压均为相电压。

电容电流超前对应的相电压90°其大小为：

----------------------------（1）

2.1.2中性点不接地系统单相金属性接地分析

当系统发生单相接地故障时，假设C相发生金属接地，其接地电阻为零，如图2所示，这时C相对地电压为零，而非故障相A、B相的对地电压在相位和数值上都发生改变。即：

-----------------------------（2）

（1）电路图（2）相量图

图24C相金属性单时接地时中性点不接地系统

由图2及公式分析可知，当系统发生金属性接地时：

1、非故障相电压（相对地）升高为线电压，

2、一组线电压：UAB、UBC、UCA大小相等，相位顺时针互差120°即线电压的对称性不变。单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。理论上长期带单相接地故障运行不会危及电网绝缘，但实际上是不允许过分长期带单相接地运行的，因为未故障相电压升高为线电压，长期运行可能在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相间短路。一般规程规定，中性点不接地系统带单相接地点运行不超过2小时。

3、由于非故障相的对地电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。

当发生金属性单相接地时，接地电流计算可以按照如下公式计算

---------------------------------（3）

----------（4）

可见接地电流的大小只与接地前的相对地电容电流的大小及电压级有关，而与接地无关，接地前的相对地电容电流的大小与线路对地电容有关，因此某系统单相接地时，接地电流的大小与该系统即时的对地电容有关。通常工程上按公式（5）估算接地电流的大小。

---------------------------（5）

式中：

——该电压级的线路额电压，单位：kV

——该电压级有直接电气联系的所有架空线路的总长度，单位：km

——该电压级有直接电气联系的所有电缆线路的总长度，单位：km

2.2中性点经消弧线圈接地

2.2.1中性点经消弧线圈接地分析

中性点不接地系统，具有单相接地故障时可继续给用户供电的优点，即供电可靠性比较高，但这是建立在接地电流不大的基础上，当发生单相接地时，如果接地电流较大，将在接地点产生间歇性电弧，这就可能使线路发生谐振过电压现象，因此不宜用于单相接地电流较大的系统。

对于3~10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当超过允许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：

采用消弧线圈接地的原理分析图如下图3所示。

（1）电路图（2）相量图

图3C相金属性单时接地时中性点不接地系统

在图3中可以看出，由于中性点电压为，如图电感电流滞后电压90°，正好和大小相等，方向相反，从而使接地总电流减小到允许值以下，可以持续运行。

2.2.2消弧线圈的补偿方式

根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度不同，有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿。

1）全补偿

全补偿，是使电感电流等于接地电容电流，即IL=IC，接地处电流为零。从消弧角度来看，完全补偿方式十分理想，但实际上却存在着严重问题。因为正常运行时，在某些条件下，如线路三相的对地电容不完全相等或断路器三相触头不同时合闸时，在中性点与地之间会出现一定的电压，此电压作用在消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联回路中，此时感抗与容抗相等，满足谐振条件，形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘，因此在实际电力工程中通常不采用完全补偿方式。

2）欠补偿

欠补偿是使电感电流小于接地的电容电流，接地点尚有未补偿的电容性电流。欠补偿方式也较少采用，原因是在检修、事故切除部分线路或系统频率降低等情况下，可能使系统接近或达到全补偿，以致出现串联谐振过电压。

（3）过补偿

过补偿是使电感电流大于接地的电容电流，接地点处尚有多余的电感性电流。过补偿可避免谐振过电压的产生，因此得到广泛应用。过补偿接地处的电感电流也不能超过规定值，否则电弧也不能可靠地熄灭。因此，消弧线圈设有分接头，用以调整线圈的匝数，改变电感值的大小，从而调节消弧线圈的补偿电流，以适应系统运行方式的变化，达到消弧的目的。

3.中性点直接接地系统及其特点

中性点直接接地系统，单相接地时接地电流大，按故障处理，故障发生时，开关跳闸。随着电力系统输电电压等级的增高和输电距离的不断增长，单相接地电流也随之增大，中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已不能满足高压系统正常、安全、经济运行的要求。

针对这些情况，电力系统中性点可经采用直接接地的运行方式，即中性点直接与大地相连。

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，不会产生稳定电弧或间歇电弧，系统其它部分仍能正常运行。

中性点直接接地系统中发生单相接地时，相间电压的对称关系被破坏，但未发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压。因此，中性点直接接地系统中的供电设备的相绝缘只需按相电压来考虑。这对110kV及以上的高压系统来说，具有显著的经济技术价值，因为高压电器，特别是超高压电器，其绝缘问题是影响电器设计制造的关键问题。电器绝缘要求的降低，直接降低了电器的造价，同时也改善了电器性能。

中性点直接接地系统中发生单相接地即形成单相短路，必须立即断开电路，这样造成的后果是短期停电（重合闸成功），或者是长期停电（永久性故障，则重合闸不成功）。此外，在短路过程中，巨大的短路电流引起的电动力和热效应可能使一些电气设备造成损坏。一些断路器由于切断短路电流的次数增加，会增加其维护检修的工作量。

此外，中性点直接接地系统发生单相接地时，由于接地电流很大，电压的剧烈下降、线路的突然切除可能导致系统稳定的破坏。

4.发电厂厂用电系统中性点接地分析

根据《大中型火力发电厂设计规范》GB50660-2011发电厂高压厂用电系统中性点接地方式可采用不接地、经电阻接地方式【4】。当电容电流在10A以下时，可采用不接地方式，也可以采用高阻接地，但是应控制接地故障总电流小于10A，保护动作于报警。当电容电流大于7A，可采用经过过度电阻接地方式，电阻性电流不小于电容性电流，动作跳闸。

根据《火力发电厂厂用电设计技术规程》DL/T5153-2014发电厂高压厂用电系统中性点接地方式可采用不接地、经电阻接地方式。当电容电流在7A以下时，可采用不接地方式，也可以采用高阻接地，但是应控制接地故障总电流小于10A，保护动作于报警。当电容电流大于7A小于等于10A，可不接地，也可经低电阻接地。当电容电流大于10A，采用低阻接地，电阻性电流不小于电容性电流，动作跳闸【5】。

根据《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005系统中性点经电阻接地方式，可根据电容电流来确定【6】。当接地电容电流小于规定值时，可采用高阻接地，当接地电容电流大于规定值时，可采用低阻接地方式。通过以上国标，行标，可以得出，这个允许值就是7A。

5.结论

通过上述对原理的分析及相关规定的阐述，可以得到以下关于高阻接地及低阻接地的定义：

1、高阻接地：首先系统电容电流必须小于等于7A，这种情况下可以通过中性点加入一个合适的电阻，保证总故障电流小于10A，发生单相接地故障，系统可以继续运行一段时间，仅发信号报警。通过前面理论分析得出，要保证短路点快速熄弧，要求电阻电流要不小于电容电流，从而可以计算得出电阻值，其中。

2、低阻接地：经过分析，当电容电流大于7A时候，为了保证快速熄弧，电阻性电流要不小于电容电流，则这时候故障电路必然大于10A，保护动作于跳闸。这时候就属于低阻接地。

举例来说，6KV厂用电系统，若接地电容电流7A，若为高阻接地，则电阻为；450欧姆。即若厂用系统希望在发生接地故障时报警而不跳闸，从而需要高阻接地，那么最小电阻为450欧姆。

参考文献：

[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]国家能源局.DL/T684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

[4]中国电力企业联合会.GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范[S].

[5]国家能源局.DL/T5153-2014火力发电厂厂用电设计技术规程[S].

[6]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定[S].

作者简介：

靳建坤（1984.03.28），男；河北；汉；本科；工程师；继电保护专责工；研究方向：继电保护；神华国能天津大港发电厂有限公司。