小城市配电系统中性点接地分析

摘要：针对配电网覆盖的不断扩大及城市化进程中电缆馈线回路数的不断增加，系统中单相接地电容电流也在不断的增大。合理选择配电电网中性点的运行方式，已成为关系到电网运行可靠性的关键问题之一，文中就电网的中性点接地方式进行了分析，对各接地方式的相应特点进行了描述，并阐述了自己的观点。

关键词：配电系统;中性点;接地;分析

Abstract: Based on the constant expansion of distribution network covers and the increasing of cable feeder loop number in urbanization process, the capacitance current of single-phase grounding in system is also be constantly increased. Reasonably choosing the operation mode of distribution grid neutral has become one of the key points relating to the operation reliability of the power grid. This paper analyses the ways of the neutral point grounding in the power grid, describes the corresponding characteristics of each grounding method, and then expounds his own views.

Keywords: power distribution system; neutral point; grounding; analyse

中图分类号: TU852 文献标识码：A文章编号：

1．前言

我国电力系统中性点的运行方式主要分为：大电流接地系统和小电流接地系统。大电流接地系统是指中性点直接接地系统，在我国主要是指110kv以上系统和低压配电系统，在发生单相接地短路时，由于执着地电流较大而使断路器跳开起到保护作用。这样做，在低压系统可以对人身起到较好的保护作用，在110kv以上系统则可以节约大量的绝缘费用。我的的0.4kv低压配电系统属于中性点直接接地系统，低压配电系统按接地形式不同，分为：IT、TT、和TN系统，TN系统又具体分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。小电流接地系统是指中性点经抗接地或者不接地系统，在我国主要是指中压配电系统。在发生单相接地时，继电保护一般设定为不立即跳闸，而是可以持续运行两个小时。

中压配电网以6kv、10kv、35kv三个电压等级应用最为普遍，且均为小电流接地系统，随着供电网络的发展，架空线路和电缆线路的不断延伸，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统中单相接地电容电流不断增大，导致电网单相接地故障可能发展为事故。我国电气设备设计规范中规定35kv电网如果单相接地电容电流大于10A，3kv∽10kv电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，这样接地电便不能维持，会自行熄灭。而《城市电网规划设计导则》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，也可以采用中性点经电阻接地方式”。对中压电网中性点接地方式，世界各国持有不同的观点及运行经验，所采取的具体措施也不尽相同。就我国而言，小城市配电系统的中性点接地方式改造中，中性点的接地方式问题，已引起多方的关注。

2．中性点采用不同的接地方式与系统供电的可靠性

在我国中压配电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不执接地或经消弧线圈或小电阻接地）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分地区采用中性点经小电阻接地方式，在这里我们主要对这两种接地方式进行分析。

2.1中性点经小电阻接地方式在世界上是以美国为主的部分国家所采用的中性点接地方式,美国在历史上过高地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由于是小电阻接地,在系统发生单相接地故障时,完好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性，可以比较容易地检测出接地故障线路。

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进，将使接地点及附近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瞬时性的，均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使供电的可靠性下降。

2.2中性点经消弧线圈接地方式

世界上的消弧线圈运行已有92年的历史,运行经验表明，其广泛适用于中压电网，就世界范围来看，有中国、德国、俄罗斯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持续运作2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自熄灭，因消弧线圈的电感电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好使，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地点故障并不发展为想间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中心点经小电阻接地方式，但中性点经消弧圈接地方式也存在着以下问题：

2.2.1目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在推出运行后才能调整，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，所以不能很好地起到补偿作用，仍会出现弧光不能自熄灭及时进行调节，所以不能很好地起到补偿作用，仍会出现弧光不能自熄灭及过电压等问题。

2.2.2当系统发生接地时，由于接地故障点残流很小，且根据规程要求消弧线圈一般处于过补偿状态，接地线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。

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较好效果，规正处在推广应用阶段。

2.3两者的比较

有些文献中提出对于以电缆为主的配电网宜采用小电阻接地，而对于架空线为主的配电网宜采用经消弧线圈接地。目前的研究证明，电缆为主的网络，如果采用中性点经小电阻接地的方式，会带来一定的弊端（其上已进行了分析）。若采用能快速投入的消弧线圈系统（响应时间应小于10ms，低于小电阻接地系统中开关等的响应时间），则不管是因电缆本身质量问题还是电缆接连闪络等而导致的单相接地，消弧线圈若能快速补偿，就可以显著降低接地点的电流，使瞬时性故障也会因故障电流大大减少而避免巨大的短路电流对电缆的冲击，使故障点不易扩大，从而提高供电电可靠性。

2.4消弧线圈的容量和型式选择

消弧线圈的分接头调整，不能仅仅根据理论计算值，应根据实测电容电流值来调整。否则，由于计算误差大，造成消弧线圈发挥不了应有的作用，形同虚设；更为严重的是，有可能造成消弧线圈欠补偿，形成谐振电压，从而产生负作用。容性电流测试工作应工作应定期开展，测试方法可采用外加电容法，简便有效，适合现场应用。

老式手动消弧线圈除需停电调分接头，不能自动跟踪补偿电网电容电流等缺点外，脱谐度也很难保证在10%以内，其运行效果不能令人满意。据国内外资料统计分析表明，采用老式手动消弧线圈补偿的电网，单相接地发展成相间短路的事故率在20%∽40%之间，比采用自动跟踪补偿的电网高出3倍以上。因此，新上的消弧线圈应装设具有自动跟踪补偿功能的消弧线圈。

目前，自动消弧线圈主要有四大类：（1）可控硅调节消弧线圈；（2）调节消弧经圈的铁心气隙；（3）直流助磁调节；（4）用有载分接开关调节消弧圈的分接头。

3．单相接地电容电流

电网单相接地电容电流由以下几个部分构成：

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：

∑lc=(∑ic1+∑ic2)(1+k%)

式中：∑ic是电网上单相接地电容电流之和；

∑ic1是线路和电缆单相接地电容电流之和；

∑ic2是系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和

K%为配电设备造成的电网电容电流的增值。10kv电网取16%、35kv电网取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LC=（E0- U0）/ I0

则LC=U相/XC

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法点外加电容法，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．自动补偿消弧装置

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，现已不断完善形系列产品，并配套接地自动选线环节，有效地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，有过补、欠补、最小残流三种运行方式。自动跟踪消弧线圈成套装置采用预调节方式，正常运行时消弧线圈已预调至系统所需补需补偿的电流档位，当系统接地时及时补偿电容电流，真正实现零响应。实现大屏幕彩色汉显，大容量的存储功能以及适应性比较强的通讯功能。可用于与远动、综合自动化设备接口，进行数据远传或进行远方控制。能对控制装置工作中和接地时出现的各种工况进行报警、提示，包括：档位到头、容量不足、装置故障、调档失败、单相接地、位移过限。可使运行人员及时了解设备的运行情况及系统中出现的一些异常情况。

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，根据设定值上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断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。

5．展望

小城市配电系统的中性点接地方式在国内有不同的观点和实际运行方式，并已成为电网改造中的一个热点问题，特别是中压系统。根据我国多年的运行经验以及科技的进步，逐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。微机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可靠的技术保障。

参考文献

1．专委会编《供配电专业》中国电力出版社2004。4

作者简介:

王为（1961年10月出生），男，浙江温岭，工程师，从事配网管理工作。