配网中性点接地方式分析探讨

李海舰

（广西送变电建设公司，广西 南宁530031）

0 引言

目前常用的配网中性点接地方式分为两大类，一类为小电阻直接接地系统，另一类为不接地或经消弧线圈接地系统。前者在系统发生单相接地时，会产生很大短路电流，不允许单相故障长期运行；不接地或经消弧线圈接地系统，在系统发生单相接地时，产生接地电流不是很大，为系统对地电容电流，同时系统线电压保持对称，不影响用户正常用电，所以允许单相接地点在系统中长时间运行。对比不同区域的电力发展情况，配网中性点接地方式的使用方式各不相同，本文就不同接地方式的运行情况进行对比分析。

1 不同接地方式的原理

如主变压器无中性点或中性点未引出，应装设容量相当的专用接地变压器，接地电阻、消弧线圈接入接地变压器中性点。

1.1 小电阻接地方式原理

中性点经小电阻接地系统由接地变、接地电阻、零序互感器等组成。当发生单相接地时，通过小电阻形成电流环路（图1），使接地电流远大于系统电容电流，从而使线路保护的零序保护快速可靠动作，跳开故障线路。

图1 小电阻接地方式等效原理图

1.2 经消弧线圈接地方式原理

中性点经消弧线圈接地方式由接地变、消弧线圈构成。消弧线圈在发生单相接地时，提供感性电流，去补偿单相接地流过接地点的电容电流，以此达到灭弧的效果（图2）。选择消弧线圈的补偿容量时，需核算网区的电容电流。同时不应将多台消弧线圈集中安装在一处，并应避免网区仅装一台消弧线圈。在任何运行方式下，大部分网区不得失去消弧线圈的补偿。

图2 经消弧线圈接地方式等效原理图

2 不同接地方式的优缺点分析

配电网在整个接地电容电流中含有一定成分的谐波电流，单一经消弧线圈接地方式工作下，对接地故障时产生的电容电流中的谐波电流无法补偿，不能消除弧光接地过电压，同时在单相接地时，出现工频相电压升至线电压。小电阻接地方式下由于中性点经小电阻接地，发生单相接地故障时中性点不会偏移，相对地电压不会升高，可以降低配电系统故障时的过电压水平，从而保证配电系统电气设备安全可靠运行。

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地永久性故障后，故障电流大小与正常运行时的电容电流相当，线路的零序保护无法可靠动作（零序保护整定时需躲开正常运行时的对地电容电流），一般查找故障线路采用逐条线路试拉手段。而微机选线装置需要零序电压和零序电流进行对比判断，受到各方面影响大，难以正确选线。小电阻接地系统中发生单相接地时，通过接地电阻形成回路，流过接地点的零序电流增大，能可靠启动线路零序保护，准确快速切除故障线路。

单一的经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，产生接地电流不是很大，为系统对地电容电流，同时系统线电压保持对称，不影响用户正常用电，所以允许单相接地点在系统中较长时间运行，可减少系统停电次数；但从系统设备的安全运行方面考虑，受消弧线圈补偿谐振过电压的限制，接地点仍有残流，在发生人身触电或有人经过接地点时容易发生人身伤亡事件；对于小电阻接地系统无论是永久性的还是瞬间性的，均会启动线路保护跳闸，使线路的跳闸次数增加，影响用户的正常供电。但在线路保护配置上，对线路开关重合闸进行设定，按照零序保护的不同保护段来设置，可以区分线路发生的永久性的还是瞬间性的故障。瞬间性故障后能正确启动重合闸，恢复送电，减少对用电户的影响。

经消弧线圈接地系统，因每个消弧线圈的补偿能力有限，当系统不断扩建时，会出现补偿能力不足，需要安装多个消弧线圈来满足需求，从而增加后期投资成本；小电阻接地方式需在每个出线间隔加装零序CT进行保护配置，对保护设备也有要求。但从成本上来讲，成熟化的保护配置成本增加不高。

通过上述分析，得出如表1所示的消弧线圈和小电阻接地方式的对比表。

表1 两种接地方式对比

$ 设计选用原则

现在的配电线路包括架空线路、电缆线路及架空与电缆混合线路3种类型。经比较，架空线路的接地故障多为瞬间故障，而电缆线路接地故障多为由自身绝缘缺陷造成的击穿形成的接地故障。当接地点在电缆时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，所以电缆线路为主的配电网的单相接地故障多为永久性故障。从故障电流上说，由于电缆线路更加密集更加庞大，系统产生的电容电流比架空线路大，电容电流补偿上更加困难，补偿量更大。

由上文可得在最初设计时，对于城市内或人口密集处的电缆线路，需要快速地切除各类永久性或人为性接地故障，优先考虑使用小电阻接地方式，这样从快速性和安全性上都能很好地满足要求。而对于郊区上的架空线路，瞬间性接地故障多，使用经消弧线圈接地的小电流接地方式可提高供电可靠性。

4 设计选用实例

笔者参设的国外某变电站15kV侧出线8回，架空按照每回25km，电缆1km长度预估，可知架空线路长度为8×25km，电缆长度8×1km。

采用小电阻接地方式，则用以下公式：（1）IN＝Eø／RN（Eø为相电压，RN为接地电阻）；（2）（Id为接地电流，IC为接地电容电流，IN为中性点电阻电流）。按Id＝300A考虑，则由式（1）（2）推出IN＝299.3A，RN＝8 660.5／299.3＝28.9Ω。考虑裕度电阻值选取30Ω。

通常设定的继电保护在4s内切除故障，按4s热稳定电流可达15倍设备额定电流的原则，电压Eø为15kV系统的相电势幅值，以平均电压计Eø＝15×1.05kV／＝9 093.5V，额定电流为：

接地变压器容量选择：按4s的热稳定条件，绕组的额定电流为短路时流过绕组的电流的1／15，则

Sr＝＝185.5kVA；选标准容量Sr＝200kVA。

5 结语

配网的不断发展，对其供电可靠性、安全性的要求不断提高，如何能在已有的设备资源配置上达到要求，如何能整合各种接地方式的优点，是值得研究的。新出现的可控型电阻接地成套设备集成了消弧线圈和小电阻两种接地方式的优点，但其补偿能力低，成效不稳定。随着数字化技术在电网中的广泛应用，笔者认为在配网不断扩建、不断互联的情况下，通过数字化进行区域控制，将整个网区已有的消弧线圈、小电阻整体改造起来，达到自动控制程度，最大可能地解决弥补消弧线圈容量不足、接地故障难选线、跳闸率高等技术难题，如此将能实现在减少设备投资的前提下，使配电网区的供电可靠性、安全性得以提高的目标。

［1］戈东方.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

［2］电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册［M］.北京：中国电力出版社，1998

［3］DL／T620—1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］