城市中压配网中性点小电阻接地方式分析

干耀生，唐庆华，方琼，张黎明，付艳华，房亚囡

（天津市电力科学研究院，天津 300384）

城市中压配网中性点小电阻接地方式分析

干耀生，唐庆华，方琼，张黎明，付艳华，房亚囡

（天津市电力科学研究院，天津 300384）

中性点接地方式直接关系城市配网的安全运行。针对中压配电网小电阻接地方式，基于Matlab仿真与运行示例分析中性点经小电阻接地方式的运行特点，从绝缘配合、人身安全、供电可靠性与继电保护配置方面综合考虑提出相应的接地电阻选取原则，结果表明接地电阻对中性点电压偏移具有很好的抑制作用。因此，中性点小电阻接地系统可以适应一定范围内电网运行方式变化及发展要求，对进一步探索接地方式并提升系统安全稳定运行具有重要意义。

城市中压配电网；中性点接地；接地方式；小电阻接地；供电可靠性

中压配电网络中性点接地方式涉及供电可靠性、短路电流大小、人身和设备安全、过电压大小、绝缘水平高低、继电保护与自动装置的配置、电磁环境兼容、通讯干扰以及系统稳定等多方面、综合性的技术、经济问题，已经成为影响电力系统安全、经济运行的重要因素之一[1～5]。

近年来，随着国民经济的快速发展和“十二五”规划的顺利开展，全社会对包括电力等清洁能源的需求日益增长，有力推动了以城市中压配电网络为重点的供电系统改造和升级。在中压配电网络改造工程中，中性点接地方式具有一定的历史传承性与系统复杂性。当前，各种各样的接地方式均有出现，几种主要的形式分别为不接地系统、中性点直接接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经电阻接地系统[6～10]。随着电力用户用电量的不断增加，配电网容量和用户对电网供电可靠性要求的日益提高，特别是伴随电力电缆在城市配电网络中的广泛应用，原有的中性点接地方式已越发不能满足中压配电系统的迅猛发展。基于当前城市配网的运行状况，各个配网公司相继开展了中性点接地方式的优化与相关接地方式技术改造，并根据运行经验逐步推广小电阻接地运行方式[11～13]。

通常，中性点经小电阻接地系统常配置有零序保护和跳线路开关，主要目的是保障系统发生单相接地故障时能够快速切断故障线路，并且抑制孤光接地过电压在较低的水平。与中性点不接地方式相比，经电阻接地方式能够避免系统出现孤光接地过电压，同时导致故障线路出现较大的接地电流，从而有助于提高故障选线的有效性和方便性，并且能够快速跳闸而切除故障线路，保障了非故障线路不必因承受长时间的过电压而降低了系统的绝缘水平。因此，对城市配电网结构以电缆为主并且采用环形供电方式的时候，中性点接地方式是比较理想的一种选择。当此类配电网络出现单相接地故障时，流过故障点的电容电流一般为同长度架空线路的25～50倍。过高的电容电流容易导致单相接地故障发展为相间故障，进而引发系统的永久性接地故障的发生，这就要求保护必须及时有效动作，并将故障线路进行切除。同时，环形供电网络具有很好的供电稳定性，可以保证连续供电并将停电范围最小化。不过，中性点经小电阻接地系统也存在一定的问题，比如较大的接地故障电流容易造成人员发生触电危险，影响设备的绝缘可靠性，给通讯造成干扰。要想抑制这些问题的出现，均需增加系统的运行、维护费，降低了经济性。此外，当配电网主要是架空输电线路时，单相接地故障会导致跳闸次数增多，如果配电网未形成环网或者没有重合闸装置，则会加剧停电次数，严重影响了供电可靠性；当配电网主要为电缆线路时，其供电可靠性就有了一定保障，上述问题则不突显[14～16]。

本文针对中压配电网小电阻接地方式，分别从绝缘配合、人身安全、供电可靠性与继电保护配置方面进行分析，研究中性点小电阻接地方式的运行特点并提出相应的阻值选取原则，有助于进一步探索更有效的接地方案以提升系统安全稳定运行。

1 接地电阻的选取原则

中性点接地系统发生单相接地故障时，图1～图5分别显示了接地点的电压、电流，中性点电压以及各序分量的幅值与相角的变化曲线。从各特征量的变化中可以看出，接地电阻对中性点电压偏移具有很好的抑制作用，中性点电压幅值变化不大且很有规律。非故障相的稳态电压未形成较大的升高，但是，接地电阻对接地点电流没有出现有效的抑制作用，流过故障点的电流仍然较大，并且有助于形成稳定的放电电弧，而不易导致电弧的熄灭与重燃现象。在半个周期的熄弧时间内，接地电阻能够释放系统对地电容中储存的电荷，将对地电容中存储的能量消耗掉，从而能够降低中性点的电位，每次电弧重燃时，都和第一次建弧的初始条件相似，不会形成很高的电弧重燃过电压倍数，因此能够有效限制系统单相接地故障时的过电压。

图1 接地点电压波形Fig.1Voltage waveform at grounding point

图2 接地点电流波形Fig.2Current waveform at grounding point

图3 三相电压、电流波形Fig.3Voltage and current waveforms of three phases

图4 中性点电压波形Fig.4Voltage waveform at neutral point

图5 零序电流幅值Fig.5Magnitude of zero-sequence current

因此，中性点经小电阻接地系统在选择合适的接地电阻阻值后，可以适应一定范围的运行方式变化及电网的发展，此时不需要调整接地电阻，只需对继电保护的定值加以调整，而接地电阻限制过电压水平和抑制谐振过电压的性能不会有明显变化。同时，中性点经小电阻接地系统与线路零序保护相配合，可准确判断故障线路并迅速切除，大大减少了人身安全事故，也避免了为寻找接地故障线路进行的大量拉、合闸操作而产生过电压。

此外，中性点经小电阻接地系统中接地电阻的选取还需要考虑限制过电压倍数的要求、零序保护灵敏度、对通信线路的干扰及用电安全等因素，并根据各地配网具体情况因地制宜。

1）按照过电压倍数的限制

在测量或者计算系统电容电流的基础上，并考虑一定的裕度获取系统单相接地时产生的电容电流，再根据系统发生单相接地故障时限制过电压的倍数确定中性点接地电阻中流过的电流，最后确定接地电阻的阻值。

2）按照零序继电保护灵敏度的校验

为了保证躲过最大的出线电容电流，一般选取可靠系数为1.25，返回系数为0.85，以便当系统发生全接地故障时，产生的故障接地电流远大于任何出现的电容电流，从而保障了零序继电保护的灵敏度[14]。

3）按照通讯干扰的校验

系统发生单相接地故障时，故障电流在高可靠性通信线路中感应产生的电压不高于650 V，并且在0.2 s内能够迅速切除干扰。

4）按照接触电势和跨步电压不超过允许值进行校验，保证接触电势和跨步电压不会对人员造成人身伤害。

综上所述，中性点经小电阻接地系统中，接地电阻首先需要满足限制单相接地过电压倍数，尽量选取阻值稍大的接地电阻以便发生单相接地故障时出现较小的故障电流，同时能够降低接触电势和跨步电压，减少对通信的干扰，从而降低了系统改造所引发的安全和投资问题。同时，无间隙避雷器较适合使用在中性点经小电阻接地的配电网中，不仅能够有效限制系统内产生的操作过电压，而且能够降低雷电冲击过电压，这样就可以降低系统设备的绝缘水平或使现有的设备相应地增加了绝缘裕度，延长了使用寿命，具有可观的经济效益。

2 运行示例

天津市电力公司在2004年下达了《天津地区35 kV和10 kV配电系统中性点接地方式选择技术原则》，天津电网35 kV和10 kV配电系统进行了小电阻接地系统改造。对于35 kV配电系统，中性点经小电阻接地的接地电阻阻值选取16.5 Ω，热稳定为1 300 A、10 s；对于10 kV配电系统，中性点经小电阻接地的接地电阻选取10 Ω，热稳定为600 A、10 s。

以天津茶淀某变电站运行情况为例，该变电站为110 kV变电站，2台变压器，容量为50 MVA，电压等级为110/35/10 kV，其中35 kV、10 kV中性点经小电阻接地。20120316T00∶46，该站10 kV线路24、25相继发生B相接地故障，其故障波形如图6所示。从图6可以看出，线路24零序电流保护动作，重合不良，线路25零序电流保护动作，重合成功。主变10 kV小电阻零序电流保护经1.8 s动作跳开变压器10 kV开关。在线路B相发生单相接地故障时，A相电压最高升高到1.37 Ue，过电压水平较低。电压互感器测得零序电压约为47 V，零序电流约为240 A。

图6 天津茶淀某变电站单相接地故障波形Fig.6Single-phase grounding fault waveforms of a substation in Chadian of Tianjin

因此，采用中性点经小电阻的接地方式能够快速切除故障，并且过电压水平较低，有效防止铁磁谐振及间歇性接地过电压等对设备的危害，提高了网络和设备的可靠性，同时可以采用绝缘水平较低的电缆和设备，节省投资，经济效益可观。

4 结语

随着电力电缆在城市配电网中的大量使用，系统电容电流日益增大导致消弧线圈接地方式无法进行有效补偿。为解决此难题，本文对配电网中性点经小电阻接地方式进行了分析，通过仿真研究与运行示例，认为小电阻接地系统在发生单相接地故障后能够快速恢复供电，可以减小弧光过电压对运行设备产生的危害，保证用户供电可靠性，建议城市配电系统中，全电缆线路或以电缆为主的混连线路采用中性点经小电阻的接地方式。

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Analysis of Low-resistance Neutral Grounding in Urban Medium-voltage Power Grid

GAN Yao-sheng，TANG Qing-hua，FANG Qiong，ZHANG Li-ming，FU Yan-hua，FANG Ya-nan
（Tianjin Electric Power Science Research Institute，Tianjin 300384，China）

The high-speed development of urban economy and society have higher requirement on the running reliability of medium-voltage power grid，which is directly influenced by the neutral grounding mode.In this paper，the low-resistance grounding mode for medium-voltage power grid is analyzed，based on the consideration of insulation coordination，personnel safety，power supply reliability and relay protection.Based on the running characteristics of low-resistance grounding，the selection principle of low resistance is proposed.The obtained results show that the low resistance can have better inhibition on the neutral voltage offset，which makes non-fault phase have little higher stead-state voltage.Therefore，the low-resistance neutral grounding system is suitable to the developing need and running variation of urban power grid，which is helpful to further investigate the more effective grounding mode and to promote the safety and reliability of power system.

medium-voltage power grid；neutral grounding；grounding mode；low-resistance grounding；power supply reliability

TM615

A

1003-8930（2013）03-0138-04

干耀生（1958—），男，学士，高级工程师，研究方向为发电厂及电力网、高压电气测试技术。Email：gan-ys@163.com

2012-12-06；

2013-03-01

唐庆华（1979—），男，硕士，工程师，研究方向为高压电气设备测试技术。Email：tang-qinghua@sina.com

方琼（1978—），男，硕士，工程师，研究方向为高压电器设备状态检测技术。Email：fang-qiong@126.com