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浅议变压器中性点电阻接地形式的实际运用
胜利工程设计咨询有限责任公司 山东省东营市
257000
摘要：本文简单介绍变压器中性点直接接地及不接地方式的优缺点，针对不接地方式的缺陷，论述了变压器采用中性点电阻接地方式的优点，并结合实际工程情况说明电阻值的选择及校验方法。
关键词：中性点直接接地系统
中性点不接地系统中性点电阻接地 弧光过电压
引言
我公司去年承担了印尼某天然气处理站设计工作，该天然气处理站位于苏门答腊附近某孤立小岛上，变压器容量为13.8kV/4.16kV-12500kVA(变压器为 /Y联结)，站内配出回路全部采用电缆。设计中，变压器中性点采用了中性点电阻接地装置。
1.概述
该天然气处理站在标书中要求，站内供电要有较高的可靠性，发生单相接地时，可以带故障运行1-2h。因此经过对各种接地形式作了比较后，我们选择采用中性点电阻接地系统。
2.接地形式概述
现国内变压器中性点接地方式主要分为直接接地系统和不接地系统2大类。
2.1中性点直接接地系统
中性点直接接地系统的最显著特点是其能在明显的接地故障发生时，迅速将故障电路隔离。若在系统加上零序互感器后，很容易探测并消除故障。
但是其主要缺点是，在产生电弧故障并接地时，存在严重的电火花危险，对人身构成危险。另外，对重要工艺设备，迅速切断故障电路，容易造成巨大经济损失引起出现混乱。
2.2中性点不接地系统
一般国内设计6-10
kV中压电网，一直采用中性点不接地系统。
对中性点不接地系统，当一相故障接地时，不能构成短路回路，系统中没有短路电流，系统仍然可以继续运行，保证了系统运行的持续性。
假设正常情况下三相对称，线间和相间对地组成的等值电容相等，中性点为地电位，如图1所示，如果将中性点与地相连，连线中没有电流，A相、B相、C相、对地均为相电压，各项对地电容电流超前各相90，
若发生C相接地，如图2所示，C相成为地电位，
其它两相对地电压 为
当发生C相接地时，中性点对地电压升高为相电压，而非故障相对地电压升高为线电压。因此，只要各项对地绝缘能承受线电压，发生单相接地时对三相用电设备的运行没有影响，按照规程，在此情况下电网仍可运行2h，但应发接地信号。
在正常运行条件下，三相对地电容对称，三相电容电流之和为零。在发生单相接地时，假设C相接地，流过接地点的接地电流应为A、B两相对地电容电流之和，即
我们可得：
可以看出， 为容性电流，是正常时一相电容电流的3倍。
当接地电流不大时，在电流过零时，电弧将自行熄灭，接地故障会随之消失；但是如果接地电流较大，将产生稳定的电弧，形成持续性的电弧接地。当接地电流还不致于大到形成稳定电弧的程度时，则可能出现电弧时燃时灭的稳定状态，引起电网运行状态的瞬间变化，出现间歇性电弧接地过电压，如果与电网振荡回路相互作用，还可能引起相与地间的谐振过电压，这种电压可达到2.5-3倍的相电压值，从而导致非接地相绝缘击穿，形成相间短路，扩大事故。这种情况常常出现在以电缆为主体的配电网中。
3
解决办法
3.1
中性点经消弧线圈接地
为避免不接地系统中发生接地故障时产生的弧光过电压，国内通常采用的做法是中性点经消弧线圈接地，该接地方式最大优点在于当发生接地故障时，可以带故障继续运行1-2h。以便寻找接地点和处理故障，同时可以提高连续供电的可靠性。
消弧线圈接地系统中，常采用过补偿的运行方式，即 。
由于受运行方式的影响，系统电容电流值变化频繁，因此系统调谐困难，一旦发生 ，系统将出现串联谐振。有些企业采用自动跟踪消弧线圈装置，但该装置保护较为复杂，且价格昂贵。
3.2
中性点经电阻接地
由于上面所述中性点经消弧线圈接地存在的缺陷和不足，在本次工程中考虑采用中性点电阻接地方式。即在中性点与地之间插入一电阻，中性点经电阻接地后，在电弧熄灭后，线路的残余电荷可通过电阻泄漏入地，中性点电位很快衰减，所以重燃过电压幅值会很低。
这种接地方式适用于需要控制瞬间过电压，又不希望在第一个故障点出现时立即中断工作的场合。以防止产生严重经济损失，另外消除在对地故障事故中，人身受到电火花的危害。所有不接地系统中存在的优点及对瞬时过电压的控制都可以保存，同时保护装置简单可靠。
3.2.1电阻值的选取
电阻值的选取取主要决于2个方面，一个是过电压水平，一个是接地故障电流大小。中性点电阻越低，过电压水平越低，但同时接地故障电流就越大，对人身和设备安全不利，二者互相矛盾。
而电阻过大，则导致接地故障电流太小，继电保护容易误动作。
另外，电阻的发热也是需要考虑的范围。
按照IEEE标准，采用高电阻接地，接地电流应控制在10A以内[1]。
选取电阻值应考虑限制过电压水平，原则上按限制过电压幅值的要求来选择。
通常取中性点电阻为
 [2]
此时，弧光接地电压倍数能被限制到2.5倍以下，满足一般设备的耐压水平。
以印尼项目为例
变压器为13.8kV/4.16kV-12500kVA(变压器为/Y联结)
电缆配出回路如表1所示
表1
这里我们取
取电缆总容值为1.25XC=1.25X1.25268=1.57uF
接地电阻=563Ω
取R=550Ω
下面从几个方面验证选择该电阻值。
（1）人身安全问题
发生的单项接地故障时，中性点电阻电流
接地故障总电流为
 =4.7A
由于，该系统单相接地下允许运行一段时间，以人身安全电流30mA计算，接触电压与跨步电压为允许值为
式中： -土壤电阻率
t –短路电流持续时间
而实际值为
式中：
 -单相接地故障电流
 -接地装置的接地电阻
 –跨步系数，取0.1-0.15
本工程，土壤电阻率 ，t=2.5s，
可得：允许值 ，
实际值 ，
从上面可以看出，接触电压与跨步电压均小于允许值，对人员不会造成伤害。
（2）按保护的灵敏度校验中性点电阻值
上面已得到发生的单项接地故障时，接地故障总电流为
=4.7A
显然，上面任何地回路自身的电容电流远小于此数值，因此灵敏度能得到满足。
（3）校验中性点电阻接地装置的热容量
选用不锈钢电阻器，其温升额定值为760℃，长期允许电流值为70A，发热时间常数为300s。.
电阻器在短时工作时，其允许电流值为
 ---长期允许电流值A
 ---通电时间t秒时的短时允许电流值
A
t---短时通电时间，s
T---发热时间常数，s
这里取=70A，t=2.5s，T=300s
=768A> =4.37A
满足热稳定要求。
4.结论
在以电缆为主题的配电网中采用中性点采用电阻接地可以有效地限制接过电压水平，在故障状态下保证人身与设备的安全，同时满足重要用户连续供电的要求。
参考文献：
1．IEEE
Std 142-1991 IEEE Recommended Practic for grounding of
industrial and commercial Power System
2．李福寿
中性点非有效接地电网的运行 |
