中压配电网中性点接地方式研究

王春林 浙江嘉兴电力局 （314001）

王春林（1980年~），男，硕士，工程师。研究方向：10kV、20kV电网建设及配电工程技术。

0 引言

近年来，我国城乡中压配电网发展迅速，不仅需要延伸原有配电网络，使其负荷更高，结构更加庞大复杂，对过于老化的电网线路系统还需要适当的改造更新。在此过程中，中性点接地方式的选择不可避免。从20世纪50年代开始，我国大部分城区中压电网（3kV到35kV不等）的中性点接地都是沿用的前苏联的手动消弧线圈接地方式，也有局部地区因地制宜，发展出了小电流或者低电阻接地方式等。在80年代左右，由于认识不足，我国部分地区大批进口了国外的一批低绝缘水平的电网配套设施，为与当地电网负荷和过电压水平相适应，摒弃了消弧线圈接地方式，转而出现了以低电阻接地为主的状态[1]。而电网中性点接地的根本出发点是为了维持电网供电水平的稳定性和人身安全，其方式的选择，往往涉及到很多因素，诸如电网负荷水平、当地电网多发故障方式和频率、配套设施绝压水平等。因而中性点接地方式的选择需要因地制宜，多因素共同权衡。本文将在系统介绍小电流、低电阻和自跟踪补偿消弧线圈这三种主要接地方式的基础上，结合实际应用，对比分析其各自适用范围，为行业发展提供参考。

1 小电流接地

所谓的小电流接地，是指线路各相不接地或者经过消弧线圈和高阻抗接地。当发生单相故障接地时，以该方式中性点接地的回路中不能形成短路，故障相电流远小于正常负荷电流，因此称其为小电流接地。

一般而言，这种接地方式仅仅适用于6～10kV的小负荷系统、主要由架空线构成的相对简单的电网以及运行方式基本不变的电网等。发生单相接地故障时，断点与地面之间电阻非常大，没有接地点以形成短路回路，因此故障相电流很小，其相电压降为零。但非故障相电压升高数倍，使得三相之间的线电压维持对称，以确保供电负荷的稳定。因此这种方式下的电网可在故障状态下短时间运行，这是该中性点接地方式的最主要的优点之一，也就是对系统的正常运行影响程度是各接地方式中最小的。但由于非故障相的过电压对整个系统的低绝缘设备的正常运行带来威胁，经验数据是不宜超过故障运行2h以上。尤其是一旦接地触点发生弧光放电，进而很可能会产生谐振过电压，对整个系统都将产生不利影响[2]。为确保供电系统稳定和安全，实际应用的6～10kV电网的小电流接地系统都是带有绝缘检测系统的，当发生单相接地故障时，该系统会立刻予以指示警告，且可以通过地相电压指示器来判断故障类型是稳定接地还是间歇接地。根据系统所发出的判断指令及时排除故障，以避免单相接地故障衍生为相间故障，以至于影响整个电网系统的供电质量。

2 低电阻接地

中性点经低电阻接地，结构十分简单，以大约10Ω左右的电阻连接中性点和大地，该电阻材料从热阻稳定性较好的铸铁到不锈钢不等。相比小电流接地方式，当发生单相故障时，可以形成短路回路，因此低电阻接地可以有效地抑制非故障相的过电压、发生弧光放电时的接地过载，能有效避免单相故障发展成为相间故障，甚至能有效消除谐振过电压。这是一种低成本、结构简单并能有效抑制过载的接地方式[3,4]。

具体阻值的计算都有成熟的理论公式，但这并不意味着低电阻接地的普适性。低电阻方式能有效抑制过电压的前提是故障接触电流要大于配电网自身的电容电流，使得短路点为接触点，避免大电流流经接地电阻才能达到抑制过载电压的目的。从这个角度分析，以架空线为主要线路的中压网是不适合采用这种接地方式的，会由于电流过载而引起跳闸，进而影响线路工作的稳定性和安全性。对于以电缆线为主的电网而言，其电容电流一般在150A左右，而其单相故障电流在500A以上，因而电缆配电网是比较适合采用低电阻接地方式的。同时，电阻材料的选取至关重要，一般而言，随温度升高，材料阻值也会升高，当单相故障时间较长时，电阻材料由于过热而导致其阻值大幅上升，会造成十分危险的高阻接地故障，此时容易形成跨步电压等人身安全隐患。因而，电阻材料选材及其热阻特性研究也很值得关注。

3 自跟踪补偿消弧线圈接地

图 自动跟踪补偿调容式接地消弧线圈功能架构

小电流和低电阻是中性点与大地间连接阻值的两个极端，小电流相当于断路，而小电阻相当于短路，因而这两种接地方式都有着严格的适用范围，只能应用于给定特点的配电网络中。随着配电网络的迅速拓展，线路负荷越来越多变，且用户对供电质量的要求越来越高，传统的适合单一模式下的中性点接地方式就很难适应发展要求。

如图所示的自跟踪带补偿消弧线圈接地系统则是小电流和低电阻接地方式的结合。当系统正常工作时，线圈电抗趋于无穷大，其阻值相当于无接地的小电流模式。当发生单相接地故障时，该系统可在很短时间内实现自动调节补偿线路功率，以更改消弧线圈电抗，使其利于抑制过载电压的小电阻接地模式，使接地点残流的基波无功分量降为零。该系统自动化程度高，相应速度快，对于类似于树枝摩擦这样的瞬时短时间接地故障，可以自动通过快速更改线圈电抗值来快速消除其影响，保证供电的连续性和稳定性。当带有自动选线系统时，若发生永久性接地故障时，也能选线后跳闸，并保证非故障线相在低过载下正常运行。

在选取设备时，需要兼顾实用性和经济性，合理的选取消弧线圈容量十分关键。一般，可按下式来估算[5]。

上式中，左侧Q为消弧线圈容量，单位一般为kVA；S为系统容量安全系数，经验值介于1.25到1.35之间；cI为系统电容电流，单位为A；NU 为系统额定电压，单位为kV。S值是系统选取的重要变量，其值的选取关系到投资规模，要因地制宜，根据当地发展具体情况来定，比如当可预测在未来数年内电网规模会有较大增长时，可适当选取较大的S值，也就意味着较大的设备投资。但不是S越大越好，过高的容量储备，会给系统自调节系统带来不必要的麻烦。

4 对比分析

以上海为例，1932年曾铺设了33kV的电缆线路，与架空线并行，由于当时负载较低，接地电容电流较小，因而当时的中性点采用了小电流接地模式，也就是不接地，运行良好。到了1950年时，另外两条33kV电缆与原有配电网构成环网，接地电容电流明显加大，而相应的关联设备的抗绝缘能力并随之升级提高，设备损坏率也明显提高，因而在两年之后改为低电阻接地模式，之后设备损毁率明显降低。而在35kV电网并入之后，采用了人工调节的消弧线圈接地模式以消除变负荷带来的问题[6]。

贵阳电网采用自跟踪补偿消弧线圈接地方式，该市不同电站的负载不同，因而做了如下对比：系统内三段并行母线，对应三套方案：1、每套母线均有自动跟踪补偿消弧设备；2、其中两套有自动跟踪补偿设备；3、仅其中一套有该设备。结果表明：方案1最为灵活，但投资也最高，方案3故障率最高。综合来看，用一套控制系统来统筹多套消弧设备是最理想的选择[7]。

上述实例说明，中压配电网中性点接地方式的选取取决于综合因素的影响，与电网结构、负载、运行模式、设备抗绝缘能力等直接相关，每种接地模式都有其适用范围，选取过程还需要兼顾投资额度，因地制宜。

5 结论

本文结合实例对小电流、低电阻和自跟踪消弧线圈接地系统这三种电网中性点接地方式的原理和特点进行了概述分析，结论如下：

主要由架空线构成的小负荷电网，在运行工况相对稳定的情况下，可采用成本最低的小电流接地方式，但对设备的抗绝缘等级要求较高。小电阻接地方式可有效抑制线路过电压，以电缆为主的配电网较适合采用这种接地方式，但小电阻接地对瞬态接地故障的消除能力有限。带自动选线的自跟踪自补偿消弧线圈接地系统相对完善，是小电阻和小电流两种方式的有机结合，在参数选取合理的前提下，具有较宽的适用范围和较好的发展前景。

[1] 戴克铭.配电系统中性点接地方式的分析[J].电网技术,2000,24(10):52-55.

[2] 要焕年,曹梅月.电缆网络的中性点接地方式问题[J].电网技术,2003,27(02):84-89.

[3] 庞清乐,孙同景,穆健,等.基于神经网络的中性点经消弧线圈接地系统故障选线方法[J].电网技术,2005,29(24):78-81.

[4] 李孟秋,王耀南,王辉,等.小电流接地系统单相接地故障点探测方法的研究[J].中国电机工程学报,2001,21（10）：6-9.

[5] 周原,赵立进,康鹏,等.贵州省10kv城市配电网中性点接地方式[J].电网技术,2006,30（20）：61-65.

[6] 赵爽喜.ZBX自动跟踪补偿消弧装置在35kv系统中的应用[J].电网技术,2001,25(05):68-70.

[7] 赵兴勇,王红艳.消弧线圈与低电阻接地方式比较[J].电力学报,2000,15(03):198-201.