浅议中压电网的系统中性点接地方式

摘要:针对中压电网中性点不接地供电网系统的不断扩大及电缆馈线回路的增加，单相接地电容电流也在不断的增加，改造电网中性点接地方式、合理选择电网中性点接地方式，已是关系到电网运行可靠性关键的技术问题，文中就电网的中性点接地方式进行分析和探讨。

关键词: 中压电网，供电系统，中性点接地，可靠性

1、概述

中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压电压应用较为普遍，其均为中性点非接地系统，但是随着供电网络的发展，非凡是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设备设计规范中规定35KV电网假如单相接地电容电流大于10A，3KV―10KV电网假如接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而《城市电网规划设计导则》（施行）第59条中规定“35KV、10KV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。

随着变电站的不断改造，双母线结构的变电站不断减少，自动补偿技术的发展，消弧线圈接地方式又有可能重新在系统上推广运用。再电力建设、设备改造，必须重新考虑中压电网的接地方式

一`小电阻接地系统的运行情况

根据一些运行中的情况分析，10kV中性点经小电阻接地方式对供电可靠性及人身安全有着不可低估的影响。

1.跳闸次数：对于以架空出线为主的变电站，在改为小电阻接地系统后，产生跳闸次数过多的情况。原因在与架空线路的瞬时故障较多，而且部分瞬时故障并不能经重合闸后有效分辨，曾经出现重合不成后，再强送成功的例子。以上情况在台风季节尤其明显。对于以电缆出现为主的变电站上述情况也不能完全杜绝，尤其如该站专线用户较多。用户端由于管理水平和技术水平较电业部门低，产生瞬时接地（或不明原因接地）的情况较多，也有可能使跳闸次数增多的情况。

2.对备用电源自切的影响：10kV母线或线路永久性故障而开关拒动时将通过主变后备保护跳闸，为防止自切动作合闸在永久故障点上，通常采用主变后备闭锁自切方式。考虑到小电阻接地方式以接地故障为主，10kV母线单相接地的机会也不多，且电流不大，瞬时性更不能排除，主变零序后备闭锁各自切有意解除。可防止部分因接地引起的10kV母线失压事故。

3.保护时间配合：在小电阻接地系统中，故障相对地电压在故障切除后由零升到相电压和非故障相对地电容由线电压降到相电压的过渡过程由阻抗不高的中性点设备提供通路，衰减的幅值与时间直接与系统的对地等效电容以及中性点设备的参数有关。由于系统对地等效电容与出线电缆与架空线的长度有关。该衰减时间，对保护的时间配合上有较大影响。

4.安全：有一种论点，小电阻接地系统中如有人误触高压设备时，保护能够迅速跳闸可避免造成伤亡事故。而在电力系统的实践中，我们知道是否会造成伤亡的关键是触电者接触带电体的方式和触电后人体的移动方向及抢救等因素。而这一论点需在保护跳闸的电流没有或少量通过人体条件成立，才有可能避免伤亡。而人体触电引起的接地可能是大过渡电阻接地，基本不可能使上述条件成立。

5.其它情况：通常我们认为三相的电容分布对称，然而具体数据的实地测量几乎没有。若定性分析，小电阻接地系统中，人工接地点是零序电压的基准点，3Io通过电缆外金属护套流过接地变时，将变电站10kV中性点设备处电位改变，流过接地变的电流由容性变为阻性，该电位与另一中性点设备原有不大的电压（约100V）叠加，使另一中性点设备原有零序电流猛增。显而易见，当馈线开关拒动时，两套后备保护会使上述两个中性点设备所在的10kV母线失压，要通过对10kV出现换位以保证三相电容对称，难度较大。

二、小电阻接地系统与消弧线圈接地系统的比较

进行小电阻接地系统与消弧线圈系统的比较，尤其消弧线圈已具有了自动调谐功能，这种比较需重新进行。

首先小电阻接地系统，在供电可靠性上依赖于网架结构和配电自动化的应用。如网架结构较好，配电自动化的应用程度较高。小电阻接地系统对供电可靠性的影响还是较小的。消弧线圈接地系统，在供电可靠性上主要依赖调度系统的运作。一般认为消弧线圈接地系统在发生单相接地时，有可能造成系统上其它绝缘薄弱点击穿，造成事故扩大。然而在实际情况中变电站外线路或电缆经过这几年的改造，其绝缘强度已有提高，这种担心似乎多余。而站内设备击穿主要是对双母线结构的变电站影响较大，对于目前较多采用的单母线多分段结构的变电站影响较小。

其次与接地系统相关的线路和电缆上的投资也值得关注。小电阻接地系统在运行环境较好，电缆出现较多的系统中，这一方面的投资较小。而在运行环境较差，例如架空线路较多，受台风等影响较大的地方，则后期改造绝缘导线的投资就比较大。而消弧线圈系统引起的架空线和电缆的改造与环境关系不大。

小电阻接地系统给调度系统带来了操作减少，运行方式比较容易安排等优点。老式的消弧线圈系统确实有增加操作量，运行方式安排受消弧线圈补偿牵制等缺点，然而随着自动调谐消弧线圈的应用，这一缺点已得到部分解决。

2、中性点不同的接地方式与供电的可靠性

在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，为此对这两种接地方式作以分析，对于中性点不接地系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。

2．1 中性点经小电阻接地方式世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是：

2．1．1 系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

2．1．2 接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较轻易检除接地线路。

2．1．3 由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及四周的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。

2．1．4 当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。

2．.2 中性点经消弧线圈接地方式

1916年发明了消弧线圈，并于1917年首台在德国Pleidelshein电厂投运至今，已有84年的历史，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。

采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题：

2．2．1 当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。

2．2．2 因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。

中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好效果，现在正处在推广应用阶段。

3、单相接地电容电流

因中性点不接地方式在中压电网中，仅是一种短期的过渡方式，最终是要过度到经消弧线圈或小电阻接地方式，而在改造前要对电网中的电容电流进行计算和测量，以给改造提供技术数据。中压电网单相接地电容电流有以下几部分构成：

3．1 系统中所有电气连接的全部线路（电缆线路、架空线路）的电容电流。

3．2 系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流。

3．3 因变配电设备造成的电网电容电流的增值。

系统中的电容电流可按下式计算：

ΣIc＝（Σic1＋Σic2）（1＋k％）

式中：Σic电网上单相接地电容电流之和

ΣIc1线路和电缆单相接地电容电流之和

Σic2系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和k％配电设备造成的电网电容电流的增值。10KV取16％、35KV取13％。

在对电网上单相电容电流计算的基础上，为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量，对系统运行中单相电容电流进行实测是十分必要的，微机在线实时检测装置为实测网上单相电容电流提供了快速准确的手段，其原理是，检测系统的不平衡电压E0，并以一定的采样周期检测线电压UAB，中性点位移电压U0及中性点位移电流I0，根据下式计算出单相接地电容电流。

E0＝U0＋I0×Xc

式中：Xc为系统对地容抗；

因Xc＝（E0―U0）/I0

则Ic＝U相/Xc＝U相I0/E0―U0

式中Ic为单相接地电容电流

单相电容电流的检测也可以采用偏置电容法和中性点外加电容法，在测试中，可以选用几种不同容量的Cf（所加的偏置电容）测出几组数据，利用移动平均值获得单相接地电容电流，以减少测试中的误差。

4、微机控制消弧装置

人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20s，由过补、欠补、最小残流三种运行方式。

装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判定接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。

5、结束语

根据我国多年的运行经验及科学技术的进步，解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。

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