对中压电网中性点接地方式的探讨

摘要：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，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”。因对中压电同中性点接地方式，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。本文综合考虑中压电网的运行特性及我国目前的电网建设水平及经济发展的需要。阐述了中压电网中性点接地方式宜采用经消弧线圈谐振接地。

关键词：中压电网中性点接地方式选择

随着我国社会经济的发展，一些经济较发达的城市及地区中压电网逐渐由过去的以架空线为主转变为以电缆埋地敷设为主，且供电线路越来越长，导致电网接地电容电流增大，其值可达数百甚至上千安培，使得发生单相接地故障时故障电流电弧无法自熄，加剧了故障程度、加大了故障范围。因此，我们有必要对中压电网的中性点接地方式进行重新选择。

一、电力系统中性点的接地方式分类

电力系统中性点的接地方式可分为两大类，即大电流接地方式和小电流接地方式，而大电流接地方式又可细分为中性点有效接地和中性点完全接地；小电流接地方式可细分为中性点不接地、中性点谐振接地和中性点经高阻接地。各种一扣性点接地方式虽然表象不同，但究其实质其实均可视为中性点经一定数值的零序阻抗接地，不同的中性点接地方式只不过是零序阻抗或是零序阻抗与系统正序阻抗的比值大小不同而已。关于接地方式的划分有许多不同的标准规定，但笔者认为用单相接地故障电流电弧是否能够自熄来区分是较为科学合理的。凡是需要断路器遮断单相接地故障电流的属于大电流接地方式，凡是单相接地电流电弧能瞬间自熄而不需断路器遮断的属于小电流接地方式。

由此我们认识到当接地故障发生时，限制非故障相的工频过电压水平与限制单相接地故障电流是矛盾的两方面，两者很难兼顾。综合考虑经济及技术因素，我们认为在电网中，对于电压等级较高的电力系统，其主要矛盾是限制工频电压的升高和降低绝缘水平；而对于电压等级较低的电力系统，主要矛盾则转化为限制单相接地故障电流的危害性，而降低绝缘水平则成为次要矛盾，这是电力系统求得最佳技术经济指标的理论基础。对于中压电网而言，电力设备绝缘强度受经济因素的制约作用相对较小，工频电压升高的不良影响明显降低，因此限制单相接地故障电流及其一系列危害作用的任务就变得十分重要，这样可使得系统的供电可靠性、人身与设备安全、通讯干扰等问题得到显著的改善。

二、性点经低阻接地

当发生单相接地故障时，无论故障是瞬时的还是永久性的，保护均动作使断路器跳闸，切断故障线路。其实现前提是故障电流要足够大，并且采用快速断路器。这种中性点接地方式存在一些弊端，具体分析如下：

1.故障时保护不判定故障类型即瞬时使断路器跳闸，使得供电的可靠性大大降低，即使自动重合闸成功，短时的断电也会给许多用户造成程度不同的经济损失。供电可靠性是国家对电网的考核指标，供电可靠性的首要问题是供电连续，而目前我国中压电网的基本情况是装备水平普遍不高、系统备用容量不足、而且自动化和管理水平较差，全国供电可靠率相对较低、年平均停电时间相对较长，在这种局面下，中性点经低阻接地方式显然不可取；

2.过电流对线路及设备的绝缘造成损害，使其使用寿命缩短，实践证明过电流对绝缘的损害程度远甚于过电压，

3.随着电缆线路的延长和电容电流的显著增大，将会使得故障点和中性点的地电位升高，甚至可能会超过低压设备的绝缘水平。

4.理论分析和实践经验均告诉我们，当低电阻接地方式的电网中发生单相接地故障时，由于接地故障电流增大，在断路器跳闸之前，故障点和中性点附近就已经形成了危险的接触电压和跨步电压，即使瞬间跳开故障线路也不能完垒保证不会发生电击导致人员伤亡的事故；

5.在低电阻接地系统中可能会出现高阻接地故障(如发生接地故障处地电阻较大等)，此时故障电流不足以使断路器瞬动，故障点的故障电流及其产生的高电压均极为危险，很容易造成人身电击事故；

6.大接地电流会产生强烈的高温电弧，其持续时间虽短，但出现的机率很高，极可能对人员及设备造成伤害；

由上述分析，我们可以看到中压电网采用中性点经低阻接地方式会带来供电可靠率降低、威胁人身及设备安全，干扰通信系统等不良后果。国内外关于大电流接地系统中发生的人身伤亡及设备毁坏的报道不胜枚举。

三、中性点谐振接地

中性点经消弧线圈接地，虽然调谐电感只在一个不大的范围内变化，但系统的零序阻抗却接近于无限大，这将对熄灭接地电流电弧极为有利。当发生瞬时单相接地故障时，消弧线圈动作补偿故障电流，断路器不跳闸，系统待接地电流电弧自熄后恢复正常；若故障为永久性的，则系统可在故障电流电弧自熄后带故障运行，待通过电网调配将故障线路所带的负荷转移后再跳开断路器以切断故障线路，将损失减少到最小。由此可见，该种运行方式的供电可靠性是很高的，就我国目前电力建设水平相对较为落后、国民经济发展迅猛对供电可靠性要求相对较高的现状而言，该种运行方式是很适当的。当然，谐振接地系统也存在如下问题：

1.中性点位移电压

由于电网中性点有不对称电压存在，回路中便有零序电流流过，于是在消弧线圈的两端产生了电位差，该电位差就是通常所说的中性点位移电压。中性点位移电压的增大会导致非故障相的最高对地电压升高。但实测表明，电缆网络中的不对称度一般都很小，由此导致的中性点位移电压也因此受到限制。

2.断线故障过电压

运行中的补偿电网，只有在消弧线圈欠补偿运行状态下，由单侧电源供电的线路发生断线故障，同时引起的不对称度、失谐度的变化综合不利时方有可能使中性点位移度显著升高，产生较高的过电压，而在其它运行状态下均不会出现有害的过电压。对这种可能出现的过电压，可通过消弧线圈过补偿运行、加装限压电阻等措施来降低，再加上消弧线圈的铁芯饱和也会抑制过电压，因此这种过电压基本可被限制在无害的范围内。

3.暂态过电压

理论上谐振接地方式电网中可能出现的暂态过电压不会超过3.5 p，u，(相电压)，若考虑电缆网络中相间电容、降压变电所用户侧为补偿无功功率而安装的大量的电容器组的限压作用，则消弧线圈实际上可能出现的过电压值会远小于理论极限值。

4.继电保护的选择性

小电流接地系统的继电保护选择性问题在过去一直是限制谐振接地方式在中压电网中推广的重要因素，但是随着科学技术的发展，如今新型的微机选线及微机保护装置可灵敏、快速、正确地找到故障线路并发出信号。使运行人员可根据故障线路的负荷状况因地制宜地选择带故障运行或是跳闸。

综上所述，只要正确地选择消弧线圈的容量、台数、安装位置、运行状态，并选用先进的微机选线或微机保护装置、自动跟踪补偿消弧线圈等设备，正确操作，就可以充分发挥谐振接地方式所具有的良好的供电可靠性、运行灵活性、电磁兼容性、安全且易于维护等优势，并将可能出现的不利状况抑制在基本无害的范围之内。

国内外的众多数据及运行经验均说明了中压电网中性点的接地方式宜选择经消弧线圈谐振接地，先进的保护装置及补偿设备使谐振接地方式具备了极大的潜力。该运行方式将大大提高运行可靠性，保证人身及设备安全，降低大电流对通讯系统的电磁干扰。虽然大电流接地系统中也可以采用一些手段来尽可能地减少大接地电流带来的危害，但笔者认为防胜于治、疏胜于堵，考虑我国的现状及发展要求，中压电网中性点接地方式宜采用经消弧线圈谐振接地。