地面660V供电系统变压器中性点运行方式选择分析
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图3 中性点经高阻接地漏电保护结构简图
又能保证系统供电的连续性。 检漏 时的人身安全， 成套装置工作过程如下：当人身单相触电时， 检漏装 置动作使故障相瞬间 （ 30 ～ 50 ms ） 通过 CJ2 使故障 相旁路接地， 分流触电电流， 通过人体的电流限制在 10 mA 以下， 同时发出报警信号， 人体通过条件反射 可以迅速（ 约 1 s ） 脱离电源， 从而达到有效保护人 身安全的目的， 若故障消除， 检漏成套装置使旁路接 地 CJ2 故障相自动返回， 报警信号解除， 系统正常供 电。若为持久性单相接地故障， 检漏成套装置故障 相旁路接地回路经 5 ～ 10 s （ 可调 ） 延时自动返回， 为便于准确选出故障线路， 检漏成套装置再经 0. 4 ～ 1 s 延时， 使变压器中性点短时 （ 2 h ） 经 CJ1 转为 R 经高阻 1 接地系统， 由于故障线路线电压仍然保持 对称， 根据规程规定系统可以继续运行 2 h， 同时检 漏成套装置告警、 故障线路指示装置 GRD 发出灯光 信号， 或使故障线路作用于跳闸非故障线路继续运 行， 在此期间内可以找出故障线路进行排除 ， 从而保 证了供电和生产的连续性。 3 结语 660 V 供电系统变压器中性点 通过分析可知 ，
当供电系统中出现人身单相触电或单相漏电事 故时， 会在零序 CT 上产生一个零序电流， 通过继电 器回路发出告警信号或通过与总进线断路器 QF 作 用， 使跳闸来达到保护的目的。 这种保护方式可以 使供电系统通按照规程继续运行 2 h， 在一定程度上 起到了保护作用， 但仍存在着危险的安全隐患和影 为了保证保护装置的灵敏性， 响生产的因素。首先， 就必须使流过零序 CT 的电流足够大， 即： 保护装置 的灵敏度与流过零序 CT 的电流大小成正比。 在许 多实际工程中， 设计者往往使单相金属性接地故障 电流限制在 3 ～ 10 A， 即使变压器中性线上的电阻 限制在 R0 = UN 范围内， 其中 U N 为系统相电压。 3 ～ 10
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机
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2011 年第 1 期
地面 660 V 供电系统变压器中性点运行方式选择分析
杨丰伟
（ 中国煤炭科工集团公司 武汉设计研究院，湖北 武汉 430064 ）
通过对井上 660 V 供电系统变压器中性点各种运行方式分析比较 ， 得出其中性点不接地 较中性点经高阻接地、 消弧线圈接地及直接接地运行方式更安全 、 可靠的结论。 运作方式， 摘 关键词： 660 V 供电系统变压器； 中性点； 运行方式选择 中图分类号：X934 ；TM732 文献标识码：B 文章编号：1001 － 0874 （ 2011 ） 01 － 0054 － 04
1
660 V 变压器中性点接地方式
供电 由于 660 V 较 380 V 电压供电具有节能、 距离远、 对低压系统冲击小等诸多优点， 因此在煤矿 等许多行业地面供电中得到了广泛的应用 。 随着 660 V 供电电压的推广， 660 V 供电系统变压器中性 点运行方式引起了争议， 并存在选择误区。660 V 供电系统中变压器中性点运行方式的正确选择 ， 首 先关系到人身单相触电时的安全性， 其次涉及到漏 电时生产的连续性， 即生产的高效性， 因此应合理选 择。而现行《 煤炭洗选设计规范 》 明确提倡低压采 用 660 V 供电， 为确保煤矿生产的安全， 应合理选择 其接地方式。现对 660 V 供电系统变压器中性点运 行方式进行分析探讨。 在电力系统中， 变压器中性点运行方式总体上 分为有效接地方式和非有效接地方式 ， 即：大接地电 流系统和小接地电流系统。660 V 供电系统中变压 器中性点接地方式可以进一步细化为 4 种形式： （ 1 ） 传统的 380 V 系统采用中性点直接接地； （ 2 ） 变压器中性点经消弧线圈接地； （ 3 ） 变压器中性点经高阻接地；
Abstract：
By comparison the various operation modes of ground 660 V power supply system transformer neutral
point，drawing a conclusion that the ungrounded operation mode of neutral point is more safe and reliable than high resistance ground，circle around the grounding or direct ground mode. Keywords： 660 V power system transformer； neutral point； choice （ 4 ） 变压器中性点不接地。 图 1 为变压器中性点接地方式示意图， 其中的 L0 为消弧线圈的电感 （ H ） ， R0 为接地电阻 （ Ω ） 。 当 L0 = 0 、 R0 = 0 ， 则为中性点直接接地方式； 当 L0 ≠0 、 R0 = 0 ， 则为中性点经消弧线圈接接地方式； 当 L0 = 0、 R0 ≠ 0 ， 则为中性点经高阻接接地方式； 当 L0 = R0 = ∞ ， 则为中性点不接地方式。 实际应用中， ∞、 方式（ 1 ） 为有效接地方式， 属大接地电流系统， 其它 三种均为非有效接地方式， 属小接地电流系统。
－ － － －
当 f0 =
1
C 时， 式中：f0 为供电系统固有频率，
U ca G R
3 G + j3 ωC G R + 3 G + j3 ωC
U ca G R
j3 ωC G R + j3 ωC
CC ， 则流过人身的单相触电电流 I 为：
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低于线电压进行选择。 2 ） 漏电保护必要性 供电系统对地电容随供电系统的增大而增大， 若供电系统足够大， 由式 （ 4 ） 可知， 即使在变压器中 性点对地绝缘供电系统中， 发生人身单相触电时触 电电流也会大于人身安全电流 30 mA。 现实中， 随 660 V 供电系统 着矿井、 选煤厂等规模的不段扩大， 中人身单相触电电流超标者比较常见 。为防止单相 660 V 接地进一步恶化为两相接地即两相短路故障 ， 实际供电系统中， 无论是在中性点经高阻接接地系 统或是中性点不接地系统均应设置漏电保护 。 3 ） 中性点经高阻接地漏电保护方式 在 660 V 中性点经高阻接地供电系统中， 工程 中常采用的是在中性线上加装零序 CT 或与继电器 相结合的漏电保护形式， 结构如图 3 所示， 图中： CT 为零序电流互感器；QF 为变压器二次侧总断路器。
图1
变压器中性点接地方式示意图
2
地面 660 V 变压器中性点运行方式分析 （ 1 ） 中性点直接接地方式 当发生单相接地故障时， 非故障相对地电压不
变， 一般对设备绝缘影响不大， 但故障电流与电压成 正比， 若流过接地点的电流从几百安培到数千安培 ，
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U ca G R 3 槡 G0 + 3 G + j3 ωC G R + G0 + 3 G + j3 ωC
要：
Analyze the Choice of Ground 660 V Power System Transformer Neutral Point Operation Mode
YANG Fengwei
（ China Coal Technology ＆ Engineering Group，Wuhan Design ＆ Research Institute，Wuhan 430064 ，China）
－ －
I =
－
（2）
A； 式中： I —故障时流过人身的触电电流， U ca —供电系统线电压， V； ω—供电系统角频率。
图2
人身单相触电原理图
GR 、 由式（ 2 ） 可知， 当供电系统确定后， 即 U ca 、 G、 C 固定不变时， 同一点的人身单相触电电流 | I | 随 G0 的减小而减小， 即随 R0 的增大而减小。 对同 一 660 V 供电网络， 当人身单相触电接地时， 流经人 身的触电电流在变压器中性点不接地供电系统中 （ R0 = ∞ ） 比变压器中性点经电阻接地供电系统 （ 即 高阻接地系统 ） 电流小， 变压器中性点不接地供电 系统比变压器中性点经电阻接地供电系统更安全 。 同时， 在变压器中性点经高阻接地供电系统中 ， 供电 系统确定后（ 即变压器中性点接地电阻大小确定不 由于不同人体的电阻不同， 即使同一个人体电 变） ， 阻在不同环境条件下相差也较大 （ 例如人体角质层 破损） ， 使得同一点的人身单相触电电流大小变化 造成变压器中性点接地电阻大小不能准确选 不定， 择。 在变压器中性点不接地供电系统中， 即： R0 = G0 = 0 ， 人体单相触电时流经人身单相触电电流 ∞， I 为： （3） 3 槡 当三相对地绝缘电阻相对人体电阻足够大时 ， 即 ：R A = R B = R C = ∞ ， 流经人身单相触电电流可进 I = 一步简化为： （4） 3 槡 无论是中性点经高阻接接地方式还是中性点不 接地方式发生单相接地故障时， 非故障相对地电压 I = 3 倍， 均升高到原来的槡 此时设备的绝缘电压应按不
响生产的高效性。这种保护方式是在牺牲人身安全 性的基础上来满足保护的灵敏性 ， 它既不安全， 又制 约着生产的高效性。 4 ） 中性点经不接地漏电保护方式 在 660 V 中性点不接地供电系统中， 笔者采用 的是强制旁路接地漏电保护方式， 电路结构如图 4 所示。
图4
中性点不接地漏电保护结构简图
图中：CJ1 —中性点接地用接触器； CJ2 —选相接地用接触器； GRD—故障线路指示装置； R1 、 R2 —接地电阻。 设计采用专设的检漏成套装置对变压器中性点 不接地供电系统进行漏电保护， 既能确保单相触电
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则过大的故障电流时时威胁着人身安全和设备安 全， 同时对供配电系统断路器等设备分断能力也提 出更高的要求。从图 1 看出， 变压器三相饶组相连 接的公共点称为中性点， 由中性点引出的导线称为 中性线。从三相四线制供电系统来看， 变压器中性 点接地供电方式的好处是：1 台变压器可以输出线 电压和相电压， 其三相对地电压不大于相电压， 不存 ， 。 在短路接地故障 也限制了三相对地分布电容 但 该供电方式存在的最严重的问题是 ： 1 ） 人身触电电流大； 2 ） 单相接地短路电流大； 3 ） 容易引起电雷管先期引暴。 由于新存在的问题对煤矿构成极大的威胁， 因 此我国目前 660 V 系统不采用中性点直接接地方 式。 （ 2 ） 中性点经消弧线圈接地方式 单相接地故障时， 利用消弧线圈感性电流补偿 供电系统对地电容电流， 再加上消弧线圈感抗的存 在， 在一定程度上可以有效限制故障电流 ， 由于三相 线电压仍保持不变， 允许维持系统继续运行 2 h。但 3 倍即线电 此时非故障相对地电压升高到原来的 槡 压， 设备的绝缘电压应按不低于线电压进行选择 。 L0 C 2π 槡 为 660 V 供电系统对地电容。若故障回路的电压与 则供电系统将出现极度危险的串联谐振 电流同相， 即电压谐振， 此时变压器中性点出现远远大于正常 （ 10 ～ 25 倍 ） 的过电压现象， 电压 约 进而威胁人身 安全及破坏电力设备。 如果此时供电系统变化不 定， 对地电容也随着供电系统波动， 为此消弧线圈补 偿的感性电流也要随着系统变化而变化 ， 运行复杂， 技术难度大， 这样实现选择性接地保护也比较困难 。 （ 3 ） 中性点经高阻接接地方式和中性点不接地 方式 1 ） 人身单相触电安全性 660 V 系统人身单相触电时原理如图 2 所示。 RB 、 R C —A、 B、 C 三相对地绝缘电阻， 图中：R A 、 Ω； R —人体电阻， Ω； R0 —变压器中性点接地电阻， Ω； CA 、 CB 、 C C —三相对地分布电容。 令 ：G = 1 1 1 1 1 = = ， G = ， G = ， C = CA = CB = R A R B R C R R 0 R0
又能保证系统供电的连续性。 检漏 时的人身安全， 成套装置工作过程如下：当人身单相触电时， 检漏装 置动作使故障相瞬间 （ 30 ～ 50 ms ） 通过 CJ2 使故障 相旁路接地， 分流触电电流， 通过人体的电流限制在 10 mA 以下， 同时发出报警信号， 人体通过条件反射 可以迅速（ 约 1 s ） 脱离电源， 从而达到有效保护人 身安全的目的， 若故障消除， 检漏成套装置使旁路接 地 CJ2 故障相自动返回， 报警信号解除， 系统正常供 电。若为持久性单相接地故障， 检漏成套装置故障 相旁路接地回路经 5 ～ 10 s （ 可调 ） 延时自动返回， 为便于准确选出故障线路， 检漏成套装置再经 0. 4 ～ 1 s 延时， 使变压器中性点短时 （ 2 h ） 经 CJ1 转为 R 经高阻 1 接地系统， 由于故障线路线电压仍然保持 对称， 根据规程规定系统可以继续运行 2 h， 同时检 漏成套装置告警、 故障线路指示装置 GRD 发出灯光 信号， 或使故障线路作用于跳闸非故障线路继续运 行， 在此期间内可以找出故障线路进行排除 ， 从而保 证了供电和生产的连续性。 3 结语 660 V 供电系统变压器中性点 通过分析可知 ，
当供电系统中出现人身单相触电或单相漏电事 故时， 会在零序 CT 上产生一个零序电流， 通过继电 器回路发出告警信号或通过与总进线断路器 QF 作 用， 使跳闸来达到保护的目的。 这种保护方式可以 使供电系统通按照规程继续运行 2 h， 在一定程度上 起到了保护作用， 但仍存在着危险的安全隐患和影 为了保证保护装置的灵敏性， 响生产的因素。首先， 就必须使流过零序 CT 的电流足够大， 即： 保护装置 的灵敏度与流过零序 CT 的电流大小成正比。 在许 多实际工程中， 设计者往往使单相金属性接地故障 电流限制在 3 ～ 10 A， 即使变压器中性线上的电阻 限制在 R0 = UN 范围内， 其中 U N 为系统相电压。 3 ～ 10
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地面 660 V 供电系统变压器中性点运行方式选择分析
杨丰伟
（ 中国煤炭科工集团公司 武汉设计研究院，湖北 武汉 430064 ）
通过对井上 660 V 供电系统变压器中性点各种运行方式分析比较 ， 得出其中性点不接地 较中性点经高阻接地、 消弧线圈接地及直接接地运行方式更安全 、 可靠的结论。 运作方式， 摘 关键词： 660 V 供电系统变压器； 中性点； 运行方式选择 中图分类号：X934 ；TM732 文献标识码：B 文章编号：1001 － 0874 （ 2011 ） 01 － 0054 － 04
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660 V 变压器中性点接地方式
供电 由于 660 V 较 380 V 电压供电具有节能、 距离远、 对低压系统冲击小等诸多优点， 因此在煤矿 等许多行业地面供电中得到了广泛的应用 。 随着 660 V 供电电压的推广， 660 V 供电系统变压器中性 点运行方式引起了争议， 并存在选择误区。660 V 供电系统中变压器中性点运行方式的正确选择 ， 首 先关系到人身单相触电时的安全性， 其次涉及到漏 电时生产的连续性， 即生产的高效性， 因此应合理选 择。而现行《 煤炭洗选设计规范 》 明确提倡低压采 用 660 V 供电， 为确保煤矿生产的安全， 应合理选择 其接地方式。现对 660 V 供电系统变压器中性点运 行方式进行分析探讨。 在电力系统中， 变压器中性点运行方式总体上 分为有效接地方式和非有效接地方式 ， 即：大接地电 流系统和小接地电流系统。660 V 供电系统中变压 器中性点接地方式可以进一步细化为 4 种形式： （ 1 ） 传统的 380 V 系统采用中性点直接接地； （ 2 ） 变压器中性点经消弧线圈接地； （ 3 ） 变压器中性点经高阻接地；
Abstract：
By comparison the various operation modes of ground 660 V power supply system transformer neutral
point，drawing a conclusion that the ungrounded operation mode of neutral point is more safe and reliable than high resistance ground，circle around the grounding or direct ground mode. Keywords： 660 V power system transformer； neutral point； choice （ 4 ） 变压器中性点不接地。 图 1 为变压器中性点接地方式示意图， 其中的 L0 为消弧线圈的电感 （ H ） ， R0 为接地电阻 （ Ω ） 。 当 L0 = 0 、 R0 = 0 ， 则为中性点直接接地方式； 当 L0 ≠0 、 R0 = 0 ， 则为中性点经消弧线圈接接地方式； 当 L0 = 0、 R0 ≠ 0 ， 则为中性点经高阻接接地方式； 当 L0 = R0 = ∞ ， 则为中性点不接地方式。 实际应用中， ∞、 方式（ 1 ） 为有效接地方式， 属大接地电流系统， 其它 三种均为非有效接地方式， 属小接地电流系统。
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当 f0 =
1
C 时， 式中：f0 为供电系统固有频率，
U ca G R
3 G + j3 ωC G R + 3 G + j3 ωC
U ca G R
j3 ωC G R + j3 ωC
CC ， 则流过人身的单相触电电流 I 为：
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低于线电压进行选择。 2 ） 漏电保护必要性 供电系统对地电容随供电系统的增大而增大， 若供电系统足够大， 由式 （ 4 ） 可知， 即使在变压器中 性点对地绝缘供电系统中， 发生人身单相触电时触 电电流也会大于人身安全电流 30 mA。 现实中， 随 660 V 供电系统 着矿井、 选煤厂等规模的不段扩大， 中人身单相触电电流超标者比较常见 。为防止单相 660 V 接地进一步恶化为两相接地即两相短路故障 ， 实际供电系统中， 无论是在中性点经高阻接接地系 统或是中性点不接地系统均应设置漏电保护 。 3 ） 中性点经高阻接地漏电保护方式 在 660 V 中性点经高阻接地供电系统中， 工程 中常采用的是在中性线上加装零序 CT 或与继电器 相结合的漏电保护形式， 结构如图 3 所示， 图中： CT 为零序电流互感器；QF 为变压器二次侧总断路器。
图1
变压器中性点接地方式示意图
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地面 660 V 变压器中性点运行方式分析 （ 1 ） 中性点直接接地方式 当发生单相接地故障时， 非故障相对地电压不
变， 一般对设备绝缘影响不大， 但故障电流与电压成 正比， 若流过接地点的电流从几百安培到数千安培 ，
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U ca G R 3 槡 G0 + 3 G + j3 ωC G R + G0 + 3 G + j3 ωC
要：
Analyze the Choice of Ground 660 V Power System Transformer Neutral Point Operation Mode
YANG Fengwei
（ China Coal Technology ＆ Engineering Group，Wuhan Design ＆ Research Institute，Wuhan 430064 ，China）
－ －
I =
－
（2）
A； 式中： I —故障时流过人身的触电电流， U ca —供电系统线电压， V； ω—供电系统角频率。
图2
人身单相触电原理图
GR 、 由式（ 2 ） 可知， 当供电系统确定后， 即 U ca 、 G、 C 固定不变时， 同一点的人身单相触电电流 | I | 随 G0 的减小而减小， 即随 R0 的增大而减小。 对同 一 660 V 供电网络， 当人身单相触电接地时， 流经人 身的触电电流在变压器中性点不接地供电系统中 （ R0 = ∞ ） 比变压器中性点经电阻接地供电系统 （ 即 高阻接地系统 ） 电流小， 变压器中性点不接地供电 系统比变压器中性点经电阻接地供电系统更安全 。 同时， 在变压器中性点经高阻接地供电系统中 ， 供电 系统确定后（ 即变压器中性点接地电阻大小确定不 由于不同人体的电阻不同， 即使同一个人体电 变） ， 阻在不同环境条件下相差也较大 （ 例如人体角质层 破损） ， 使得同一点的人身单相触电电流大小变化 造成变压器中性点接地电阻大小不能准确选 不定， 择。 在变压器中性点不接地供电系统中， 即： R0 = G0 = 0 ， 人体单相触电时流经人身单相触电电流 ∞， I 为： （3） 3 槡 当三相对地绝缘电阻相对人体电阻足够大时 ， 即 ：R A = R B = R C = ∞ ， 流经人身单相触电电流可进 I = 一步简化为： （4） 3 槡 无论是中性点经高阻接接地方式还是中性点不 接地方式发生单相接地故障时， 非故障相对地电压 I = 3 倍， 均升高到原来的槡 此时设备的绝缘电压应按不
响生产的高效性。这种保护方式是在牺牲人身安全 性的基础上来满足保护的灵敏性 ， 它既不安全， 又制 约着生产的高效性。 4 ） 中性点经不接地漏电保护方式 在 660 V 中性点不接地供电系统中， 笔者采用 的是强制旁路接地漏电保护方式， 电路结构如图 4 所示。
图4
中性点不接地漏电保护结构简图
图中：CJ1 —中性点接地用接触器； CJ2 —选相接地用接触器； GRD—故障线路指示装置； R1 、 R2 —接地电阻。 设计采用专设的检漏成套装置对变压器中性点 不接地供电系统进行漏电保护， 既能确保单相触电
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则过大的故障电流时时威胁着人身安全和设备安 全， 同时对供配电系统断路器等设备分断能力也提 出更高的要求。从图 1 看出， 变压器三相饶组相连 接的公共点称为中性点， 由中性点引出的导线称为 中性线。从三相四线制供电系统来看， 变压器中性 点接地供电方式的好处是：1 台变压器可以输出线 电压和相电压， 其三相对地电压不大于相电压， 不存 ， 。 在短路接地故障 也限制了三相对地分布电容 但 该供电方式存在的最严重的问题是 ： 1 ） 人身触电电流大； 2 ） 单相接地短路电流大； 3 ） 容易引起电雷管先期引暴。 由于新存在的问题对煤矿构成极大的威胁， 因 此我国目前 660 V 系统不采用中性点直接接地方 式。 （ 2 ） 中性点经消弧线圈接地方式 单相接地故障时， 利用消弧线圈感性电流补偿 供电系统对地电容电流， 再加上消弧线圈感抗的存 在， 在一定程度上可以有效限制故障电流 ， 由于三相 线电压仍保持不变， 允许维持系统继续运行 2 h。但 3 倍即线电 此时非故障相对地电压升高到原来的 槡 压， 设备的绝缘电压应按不低于线电压进行选择 。 L0 C 2π 槡 为 660 V 供电系统对地电容。若故障回路的电压与 则供电系统将出现极度危险的串联谐振 电流同相， 即电压谐振， 此时变压器中性点出现远远大于正常 （ 10 ～ 25 倍 ） 的过电压现象， 电压 约 进而威胁人身 安全及破坏电力设备。 如果此时供电系统变化不 定， 对地电容也随着供电系统波动， 为此消弧线圈补 偿的感性电流也要随着系统变化而变化 ， 运行复杂， 技术难度大， 这样实现选择性接地保护也比较困难 。 （ 3 ） 中性点经高阻接接地方式和中性点不接地 方式 1 ） 人身单相触电安全性 660 V 系统人身单相触电时原理如图 2 所示。 RB 、 R C —A、 B、 C 三相对地绝缘电阻， 图中：R A 、 Ω； R —人体电阻， Ω； R0 —变压器中性点接地电阻， Ω； CA 、 CB 、 C C —三相对地分布电容。 令 ：G = 1 1 1 1 1 = = ， G = ， G = ， C = CA = CB = R A R B R C R R 0 R0