配电网中性点接地方式的浅思

裘丹 罗田 石岳祁

摘 要：在我国中压电网中，不接地或经消弧线圈接地方式因故障时不影响正常供电的优势得到普遍应用，但接地故障选线无可靠技术和设备，经小电阻接地方式在配网结构健全、以电缆线路为主的部分城市得到应用，但使用有局限性。本文阐述和分析两种接地方式的原理及利弊，结合近年来配电网中出现的具备两种接地方式优点的“中性点谐振与电阻联合接地方式”，并指出推广的必要性。

关键词：谐振接地方式;小电阻接地方式;中性点谐振与电阻联合接地

0   引言

在我国6kV～66kV电压等级变压器侧一般为Δ绕组，其中性点接地方式多采用非直接接地方式，其中包括中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式、中性点经小电阻接地方式等。该电压等级电网也常称为中压电网，其中10kV电压等级多用于我国配电网。中性点经消弧线圈接地方式即中性点谐振接地[1]，目前谐振接地系统中有多种不同原理的小电流接地选线装置，但因系统接地电流较小，接地选线和保护较难实施，装置运行时均不太可靠。对于以电缆线路为主的配电系统接地电流较大（电缆线路接地电容电流约为架空线路接地电容电流的35倍[2]），可采用中性点经小电阻接地方式。中性点经小电阻系统接地故障时流过接地点的电流较大，可启动线路零序保护准确快速切除故障线路，有效地减少单相接地造成人身触电及相间短路损坏设备的可能，但小电阻接地方式使用有局限性是一弊端。为提高配电网供电可靠性，完善接地选线等问题，仍需更合理的选择变压器中性点接地方式。

1   中性點经消弧线圈谐振接地方式

1.1  谐振接地方式特点

谐振接地系统在线路单相接地时三相之间的线电压依然保持对称，流经10kV型配电变压器后仍为对称电压和对称电流，因此不影响用户正常用电，规程允许系统继续运行2h，这也是中性点谐振接地方式的主要优点。未流过Δ绕组的接地电容电流由10kV接地变压器流入大地，接地电容电流大于10A的系统均通过消弧线圈补偿感性电流，采用自动跟踪补偿消弧装置后系统接地故障残余电流也不超过10A[1]，由于接地电流很小，接地选线及保护就难以实施。接地时故障相电压降为零，非故障相对地电压升高为倍，若接地电流较大出现间歇性电弧接地现象，易产生过电压，非故障相在绝缘薄弱点易产生第二个接地点造成两点接地短路，在接地电弧长时间作用下，设备易发生严重损坏。若发生人身触电，由于系统不间断对接地点供电，会引发人身伤亡事故。由于中性点经消弧线圈接地系统接地电流较小，导致接地选线装置可靠性较低，目前大多由运行人员用依次断开线路的方法来寻找接地故障点，在断路器对线路试拉过程中，有时将产生幅值较高的操作过电压，系统设备长时间承受过电压作用将对设备绝缘造成威胁，也会发展为相间故障。

1.2  小电流接地选线及保护原理

1.2.1反应工频电容电流值的接地保护[3]

在某一线路发生单相接地故障时.流过故障线路的电容电流ICn为电网总电容电流减去本线路电容电流，该原理的优点是接线比较简单，如果电网的线路总长度很长，总电容电流与每回线路的电容电流相差很大，则可以用这一原则来实现采用电流元件的接地保护。

1.2.2  零序电流保护

该原理是利用故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流。即非故障线路零序电流等于本线路的电容电流，故障线路零序电流等于所有非故障线路的零序电流之和。通常故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大得多，利用这一原则区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的接地保护。为保证选择性，保护装置的动作电流应按躲过本线路的零序电容电流进行整定。这种保护原理在电网的电容电流较小，又存在长线路的情况下较难满足选择性的要求。同时，当接地点存在电阻时，易发生拒动现象。对于中性点经电阻接地系统，由于中性点电阻产生一个额外的有功电流分量，使故障线路的零序电流有较大的增加，零序电流保护原理能够获得较好的选择性。而对于中性点经消弧线圈接地系统，由于消弧线圈提供的电感电流补偿了电网的对地电容电流，使流过故障线路的零序电流大大减小，此时很难获得保护的选择性。

1.2.3   零序功率法

采用零序功率方向作为判据构成的选线装置，选线准确率与零序电流的方向性关系密切，对安装接线质量要求较高。零序电流互感器（TA）的误差对其影响很大。对于微机保护模块内含接地选线的装置在判线时只能比较本线路零序电流与系统零序电压的相对相位关系，而无法与其他线路参数进行横向比较，准确率较低。

1.2.4   谐波电流方向保护原理

由于电力电子传动装置在供电网中的推广应用，以及电源变压器铁芯非线性的影响，电网中除存在基波成分外，必然还包含一系列谐波成分。故可利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护。对于中性点经消弧线圈接地系统，因消弧线圈的作用是对基波而言的，5次或7次谐波电流的分布规律与中性点不接地电网一样，故该原理仍然可行。但由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多，且各电网的谐波含量大小不一，故以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻的情况下将出现拒动现象。

1.2.5  能量法

根据非故障线路的能量函数总是大于零，消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同，故障线路的能量函数总是小于零，并且其绝对值等于其他线路（包括消弧线圈）能量函数的总和的特征，可以导出方向判别和大小判别两种接地选线方法。能量法适用于经消弧线圈接地系统，并且不受负荷谐波源和暂态过程的影响，理论上可解决选线准确率低的问题。

2   中性点经小电阻接地方式

2.1  接地系统构成

中性点小电阻接地方式由接地变、小电阻构成。主变 10 kV 侧为Δ接线，通过接地变提供系统中性点，进而接入接地电阻。接地变容量与接地电阻容量相匹配。

2.2 接地方式特点

2.2.1  降低系统过电压水平 [4]

配电网接地电容电流中含有比例高达 5%～15%的5 次谐波电流，消弧线圈对该谐波电流是无法补偿的，不能消除由此产生的过电压。中性点经电阻接地方式可降低配电系统过电压水平，理论和实践表明，系统内部过电压随  （所选电阻的额定电流）的增加而降低。

2.2.2  具有良好的接地选线功能，提高供电可靠性

电缆单相接地故障多为由于自身绝缘缺陷造成的击穿，接地残流较大，尤其是当接地点在电缆时，接地电弧为封闭性电弧，接地电流较大电弧不易自行熄灭（交联聚乙烯电缆单相接地电容电流低于 5 A时所产生的弧光方能自行熄灭），因此以电缆为主的配电网单相接地故障多为永久性故障。

2.2.3  缺点

若配网不具备双电源、环网供电条件，或无备用电源自动投切装置。无论是永久性的还是非永久性的，单相接地均动作跳闸，对于架空线路可用重合闸进行较正，而电缆线路永久故障不可投入重合闸，使线路的跳闸次数增加，影响了用户的正常供电。

目前配电网小电阻接地方式在南方电网地区应用较多，北京、天津、厦门等部分省会城市也得到推广使用。对于接地电流不是很大、以架空线路为主，配网结构不完善情况下，采用电阻接地方式并不优于采用消弧线圈接地方式。

3   中性点谐振与电阻联合接地方式

近年来配电网中出现了一种“中性点谐振与电阻联合接地方式”，此接地方式具有谐振接地和电阻接地两种功能。系统发生接地故障后一定时间内具有谐振接地系统的性质，对瞬时性故障的接地电弧可由消弧装置熄灭;当故障持续一定时间，判定为永久接地故障时，通过专门装置将中性点切换至电阻器，使系統转换为电阻接地方式。

目前该接地方式通用设计规范尚未完善，设备理论值尚需经过实践的验证。当中性点接地设备在消弧线圈和中值电阻之间相互切换时，系统过电压水平会有变化，电气一次设备、避雷器等设备的选择需综合考虑两种设备切换前后的要求。

4   结论

实践证明单以消弧线圈谐振接地或小电阻接地方式均无法彻底解决配电网接地选线问题。“中性点谐振与电阻联合接地方式”即使在架空配电线路故障点存在较高电阻条件下也可正确判断故障线路，在我们的配电网中确有推广的必要。

参考文献

[1]GB/T 50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S]

[2]电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.

[3]电力工程电气设计手册电气二次部分[M].北京：水利电力出版社，1992.

[4]付晓奇等.10kV配网中性点小电阻接地技术与应用[J].电力系统保护与控制，2010.

（国网湖南省电力有限公司衡阳供电分公司，湖南 衡阳 421000）