10KV配电网中性点运行方式的合理选择

范吉钰 李然 苏沛

1，郑州工业贸易学校,河南郑州 450007；2，郑州供电公司,河南郑州 450006

10KV配电网中性点运行方式的合理选择

范吉钰1李然1苏沛2

1，郑州工业贸易学校,河南郑州 450007；2，郑州供电公司,河南郑州 450006

本文探讨10KV配电网各种中性点运行方式的优缺点，结合各地运行现状，提出因地制宜、合理选择中性点运行方式的思路。

中性点不接地；中性点经消弧线圈接地；中性点经电阻接地

配电网（Distribution Network）是指在电力网中起电能分配作用的网络，通常是指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后向用户供电的网络。

三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性，同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等[1]。

1.中性点不接地

根据我国的传统设计经验，10kV电力系统普遍采用中性点不接地方式。

系统正常或发生单相接地时，三个线电压保持对称，并且接地点仅流过很小的电容电流（也称为小接地电流系统），接地点一般不发生电弧，三相用电设备能正常工作，允许继续运行1～2小时，供电可靠性高。

这种系统发生单相接地时，中性点电压升高为相电压，其它两条非故障相对地电压升高到线电压，是正常时的倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。

处理单相接地最困难的是找出接地点，过去多用“试拉”的方法，一路一路地停，拉到哪路，接地信号消除了，就是这路有问题，然后再由人工进行查找；查找主要凭借经验，无法实现选择性切除故障。

随着电网规模的扩大，网络结构发生很大变化，特别是电缆线路的比例逐年增多，而电缆线路比同等长度架空线路的电容电流大25A（三芯电缆）～50A（单芯电缆），导致对地电容电流剧增，建弧率明显增大[2]。对10kV电网,若线路总长不超过1000km，其接地电流将不超过30A，35kV线路若总长不超过100km，其接地电流将不超过10A，这种电弧不足以稳定燃烧，弧光在交流电压升高到一定值时发生，在电压接近过零时熄灭，周而复始，形成周期地熄灭与重燃的间隙电弧，持续的电弧造成周围空气的游离，破坏了空气的绝缘，电弧的反复熄灭与重燃，也是反复向电网电容充电的过程，由于电容能量不能释放，每个循环使电容电压升高一个台阶，引起弧光接地过电压。发生单相弧光接地时过电压的最大值理论上将达到：Umax=1.5Um+(1.5Um-0.7Um)=2.3Um，实测结果显示过电压幅值高达正常相电压幅值的3～3.5倍。这样高的过电压如果数小时作用于电网，势必会造成电气设备内绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，进而发展成为相间短路事故。弧光接地过电压还会使电压互感器发生饱和，激发铁磁谐振过电压，由此带来的经济损失和社会影响越来越大。例如北京供电局在1998年7～10月，由于10kV系统单相接地而引发的事故便达4起，产生的过电压有的造成全站停电，影响重要用户供电，有的造成主变压器损坏、开关柜烧毁和避雷器爆炸等。

从诸多10kV系统的运行现状和经验来看，系统单相接地引发的电网事故愈来愈多，过电压发生的概率越来越高，由于过电压造成的事故在整个电气事故中所占的比例也越来越大，最初采用的中性点不接地方式受到严峻的考验。

2.中性点经消弧线圈接地

在中性点不接地系统中，当电容电流超过《电力设备过电压保护设计技术规程》规定值(3～10kV电网为30A；20kV及以上电网为10A)时，电弧不易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。

在正常情况下，三相系统是对称的，中性点电流为零，消弧线圈中没有电流通过。

当系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和，二者方向相反，互相补偿，从而达到限制接地电流、避免在接地点形成弧光的作用，也避免了过电压的产生。

适当选择消弧线圈的感抗，可以将接地点电流减小到很小，所以这种方式也属于小接地电流系统，具有故障跳闸率低、供电可靠性高的优点。它处理故障依然是“试拉”法，无法保证选择性。

在我国诸多电网，特别是一些大型工矿企业的10kV系统都进行了中性点经消弧线圈接地方式的改造，技术可行，经验成熟，运行可靠，是行之有效的方式。

但是，消弧线圈的调节范围有限，往往不适合投入初期和终期负荷变化的需要，而且消弧线圈各分头的标称电流与实际电流相差较大，运行中会因此而发生谐振现象，特别是计算电容电流在实际操作上很困难，计算数值往往与实际数值相差很大很难保证补偿适当，当单相接地故障点残流仍大于10A时，接地电弧不能自熄，仍产生较高倍数的弧光接地过电压，更为严重的是，有可能造成消弧线圈欠补偿，形成谐振过电压，从而产生副作用。消弧线圈也无法补偿谐波电流，而目前有些城市或工厂中的谐波电流所占比例达到5%～15%，仅谐波电流就足以支持电弧稳定燃烧[3]。这些因素都使得消弧线圈没有发挥应有的作用，形同虚设。

消弧线圈接地方式的使用是否成功很大程度上取决于消弧线圈、跟踪系统、选线装置本身的可靠性，因此必须加强消弧线圈的管理工作，以取得良好的运行效果。

3.中性点经电阻接地

在交流电网中，特别是以电缆供电的网络，中性点采用电阻接地日益广泛。

中性点经电阻接地系统，就是在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，在中性点经电阻接地的配网中，当接地电弧熄弧后，系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，所以当发生下一次燃弧时其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障的情况相同，不会产生很高的过电压，可以有效地限制弧光接地过电压。中性点电阻也相当于在谐振回路中的系统对地电容两端并接的阻尼电阻，由于电阻的阻尼作用，基本上可以消除系统的各种谐振过电压。试验表明，只要中性点电阻不是太大(不大于1500Ω),均可以消除各种谐振过电压，电阻值越小，消除谐振的效果越好。

城网采用中性点经电阻接地的方式，国外早已运行，如日本采用高阻抗接地方式，美国主要采用中性点经中电阻接地方式，法国以低电阻接地方式居多。我国九十年代初已开始因地制宜在10kV城网中推广中性点经电阻器接地方式，如今在上海、南京、广州、深圳等一批城市得到广泛应用和发展，另外许多城市也进行了中性点经电阻接地的改造工作。

我国现在还没有规范对中性点电阻的选择作出明确的规定。中性点电阻值的选择必须根据电网的具体条件，要考虑限制间隙性弧光接地过电压的倍数、继电保护的灵敏度、对通讯线路的干扰、接触电压及跨步电压等因素，分析比较，按综合效果最佳的原则选择。

中性点经高值电阻接地系统是限制接地故障电流水平为10A以下，以限制由于间歇性电弧接地故障时产生的瞬态过电压。一般适用于某些小型6～10kV配电网和发电厂用电系统。

中性点经中值电阻接地系统，接地故障电流控制在50～100A，仍保留了内过电压水平低、地电位升高不大、正确迅速切除接地故障线路等优点，但也具有切除接地故障线路间断供电等缺点。

中性点经小电阻接地系统与零序过电流保护或限时速断电流保护配合，在发生单相接地故障时，故障线路的零序保护动作，在0.5～2.0秒内跳开本线路的断路器。深圳市城市电网自1996年开始实施10kV电网中性点经15Ω小电阻接地方式，至2000年已有城区20多个220kV、110kV变电站、70多套中性点电阻柜运行，经过四年多运行检验，零序保护动作近500次，统计分析证明，零序保护动作正确率达99%以上，配电设备重大或特大事故大幅降低。北京、广州等地的变电所则采用9.9Ω的小电阻接地方式，降低了瞬态过电压幅值，并使灵敏而有选择性的故障定位的接地保护得以实现。北京供电局、广州供电局、深圳供电局经过事故统计分析证明，采用小电阻接地方式后人身安全事故也有大幅度的下降。

中性点经电阻接地系统的缺点在于由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。此外当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，保护装置均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，影响了用户的正常供电，供电可靠性下降。

综上所述，几种中性点接地方式各有优缺点，一般地，以架空线路为主的城乡配网，以系统电容电流是否大于10A来确定，选用中性点不接地或自动跟踪消弧线圈接地方式；以电缆线路为主的城乡配网，系统电容电流较大，一般可选用小电阻接地方式，牺牲一些供电可靠性，来防止扩大事故；以架空和电缆混合线路为主的城乡配网，兼顾架空和电缆线路的特点，使配网的接地方式选择在自动跟踪消弧线圈和小电阻两种方式上左右为难，例如上海35kV和10kV电网的中性点接地方式就有经消弧线圈接地和经电阻器接地两种方式，北京的10kV电网也是中性点经消弧线圈接地和电阻器接地并存，主要是从本网实际出发，根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行气象条件等因素经过技术经济综合比较来确定，根据自己的经验和传统，权衡利弊、因地制宜地选用，以达到较好的工程效果，而不应按电压等级“一刀切”。

[1]陈珩.电力系统稳态分析(第三版).中国电力出版社,2007

[2]李明，王斌.配电网中性点电阻接地方式和消弧线圈接地方式比较.[J]天津电力技术，2011,（1）

[3]曹冬梅.10kV配电网中性点接地方式改造.[J]内蒙古科技与经济，2010,（11）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.004

范吉钰(1960年-)，男，副教授，从事教学管理及教学研究工作。

李然（1970年-），女，工学硕士，电力系统运行与控制方向。

苏沛（1982年-），女，工程硕士，电力服务与营销方向。