机场10kV配电系统中性点接地方式研究

李辛阳 乔志远 薛晓东

（河南省机场集团有限公司后勤管理中心，河南郑州 451161）

机场10kV配电系统中性点接地方式研究

李辛阳 乔志远 薛晓东

（河南省机场集团有限公司后勤管理中心，河南郑州 451161）

本文对多种配电网中性点接地方式进行介绍，重点分析经消弧线圈接地和经小电阻接地。然后从多个角度讨论机场10kV配电系统中性点接地方式的选择，提出应结合机场配电网的实际，选择安全可靠、经济合理的中性点接地方式。

机场供电；10kV配电网；中性点；接地方式

中性点运行方式的确定是电力系统中一个很关键的问题，直接影响系统供电的可靠性、电网的绝缘水平、继保装置的选择、主变压器和发电机的运行安全［1］。

根据中性点接地方式的不同，配电网可以分为［2］：小电流接地系统，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经大电阻接地；大电流接地系统，包括中性点直接接地和中性点经小电阻接地。现对这些接地方式逐一进行介绍。

1 小电流接地系统

1.1 中性点不接地方式

不接地系统的中性点没有直接与大地发生电气连接，但也不是绝对不接地，而是通过对地电容间接接地。这种接地方式发生单相接地故障时产生的接地电流很小，一般不超过15A，绝缘监察装置只发出故障信号，不跳闸，此时三相正常负荷电流也不变，允许系统短时间（2h）带故障运行。由于供电不中断，可靠性较高。不接地系统单相接地后，故障相电压变为0；原中性点处此时会产生位移电压，位移电压接近于相电压。

DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：中性点不接地系统单相接地的电容电流允许值——35kV电压等级为10A；10kV电压等级为30A。

电缆线路的单相接地电容电流估算公式［3］如下：

式（2）中，UN为线路线电压，kV；K为估算系数；L为线路长度，km；S为电缆截面积，mm2。

目前，我国中性点不接地方式的适用范围为：①电压小于500V的装置（380/220V照明装置除外）；②3～10KV电力网，当单相接地电流小于10A；③35～60kV电力网，单相接地电流小于30A。如不满足上述条件，可将中性点经消弧线圈接地或其他方式［4］。

1.2 中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地指在中性点和大地之间装一个带铁芯的电感线圈（消弧线圈），由消弧线圈产生的电感电流补偿单相接地故障时配电网的接地电容电流，从而大大减小故障电流值。补偿一般采用过补偿方式，电感电流大于电容电流。在我国，3～10kV电力网接地电容电流大于30A和35kV电网接地电流大于10A，通常需装设消弧线圈。

消弧线圈补偿容量计算公式［1］如下：

式（3）中，Q为消弧线圈补偿容量，kVA；Ic为系统电容电流，A；UN为额定线电压，kV。

经消弧线圈接地方式可以在单相接地故障时不中断供电，可靠性高；消弧线圈补偿后故障电流很小，基本不起电弧，大大降低了单相接地故障引起过电压的概率（即使发生也能抑制在2.8倍相电压以下）；较小的故障电流降低了跨步电压，利于人身安全；对通信干扰也小。

但消弧线圈也有一些缺陷：①电感电流只能对基波电容电流进行补偿，而对电阻性电流和高频电流（特别是5次谐波）不起作用；②当10kV配电网的主变压器低压侧绕组为△接法，无法将中性点引出时，采用消弧线圈接地要加装接地变压器，需要较大的投资，尤其是当消弧线圈容量越大时，要求接地变压器的零序阻抗越小，然而零序阻抗越小，接地变造价会更高［5］；③随着配电网电缆使用规模的扩大，电容电流的增加，消弧线圈的容量也要增大，但目前由于生产技术所限，国内能生产的消弧线圈最大容量是2.4MVA，所以消弧线圈补偿也只能补偿100A左右的电容电流；④实践表明，输电电缆发生单相接地故障多为永久性故障，一般不能自恢复绝缘，消弧线圈接地不作用于跳闸反而不利于故障的消除，甚至导致损害的扩大化。

1.3 中性点经大电阻接地

大电阻接地就是在中性点接入较大电阻，使系统能带故障运行一段时间而不致使设备绝缘受损。大电阻接地可将非接地相过电压限制在2.6倍相电压以下［6］。这种接地方式一般适用于电容电流不大于10A，额定电压为10kV及以下的场合，但在实际10kV配电网中很少使用。

2 中性点大电流接地方式

2.1 中性点直接接地

在我国220/380V和110kV及以上系统，采用中性点直接接地方式，220/380V直接接地是为了人身安全，110kV及以上系统直接接地是为了设备安全。

这种接地方式优点是单相接地时，非故障相电压不升高，对设备绝缘要求低，其耐压水平可以按相电压来选择。缺点是故障电流很大，故障点附近跨步电压大，不利人身安全；电力线路与通讯线路平行走向时，大故障电流耦合产生感应电压，会对通讯造成干扰；当发生接地故障时，无论是永久性还是瞬时性故障均作用于跳闸，导致供电可靠性降低［5］。

2.2 中性点经小电阻接地方式

小电阻接地即在电网中性点与大地之间串联一个小电阻。利用这个小电阻来泄放熄弧后半波的能量，降低电弧重燃的可能性，从而抑制电网过电压［3］。小电阻常常和零序保护相结合，发生接地时启动零序保护切除故障。

这种方式的优点是泄放能量后熄灭电弧，抑制工频过电压，破坏谐振过电压发生的条件消除系统内谐振过电压；零序过流保护有较好的灵敏度，可以快速有效地切除接地故障线路，不使故障扩大；对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择；如果有人误碰带电设备会及时跳闸，减少对触电人员的伤害。

缺点是无论故障是永久性的还是非永久性的，继保装置均跳闸，供电可靠性降低，所以保护装置应通过时间配合，尽量使停电范围最小化；接地点的电流较大，如果保护动作不及时或拒动将导致更严重后果。

一般选择小电阻的电阻值在10Ω以下，系统单相接地电流控制在400A左右，也有控制在100A左右［7］。中性点小接地电阻可按下式选择［7］：

式（4）中，Up为相电压，V；Ic为单相接地电容电流，A。

需要指出的是，经小电阻接地和经消弧线圈接地这两种方式是目前技术研究的热点和方向［2］。

3 机场10kV配电系统中性点接地方式的选择

10kV配电网中性点接地方式的选择是一个重要且复杂的问题，需要具体问题具体分析。作为机场配电网，具有自身的特殊性：作为一级负荷，对供电可靠性要求高；普遍采用地下敷设电缆形式供电。研究表明，在6～10kV配电网，尤其是电缆网中，绝缘费用占总成本比例较小。所以，采用中性点直接接地方式降低绝缘水平，意义不大。并且机场内重要负荷多，机场供电的特殊性，要求必须把供电可靠性放在第一位。所以，直接接地方式必然是不适合的。同时，由于机场配电网普遍采用电缆输电，电缆相比架空线对地分布电容大大增加，接地电流也增大，采用中性点不接地方式将带来很多问题。此外，如果中性点不接地，单相接地短路时，接地电容电流比较大，大的短路电容电流易引起弧光（电弧反复熄灭重燃），弧光放电会导致非故障相过电压达4～71倍，严重的会将非故障相的绝缘薄弱环节击穿，进而发展成相间短路事故。10kV配电网实际运行情况也表明［3］，单相接地故障引发相间短路故障的情况很多。所以，不接地方式虽然供电可靠性高，但自身存在很多问题，从电网的长远发展来看，也很值得商榷。

剩下可选的是经消弧线圈接地和经小电阻接地。从技术角度来说，机场配电网大量采用电缆，对地分布电容大，中性点经消弧线圈接地和经小电阻接地都是合适的，均可以限制故障电流的值，消除弧光过电压。并且小电阻接地更易于实现，技术更完善。

从供电可靠性来说，消弧线圈接地方式优势明显，毕竟可以不中断供电。但电缆线路接地故障，往往都是永久性故障，不会自然恢复，故障线路还是需要及时切除以免扩大化，小电阻虽然牺牲了一定的供电可靠性，但利于故障消除；另外，消弧线圈接地故障选线一直是技术难点，目前是采用选线装置来寻找故障点，这种方式准确性不够且易引发其他故障（如相间故障），如果采用手动点掉再重合，逐路拉试的方法，又会非常繁琐。小电阻接地则通过继电保护装置及时将故障线路跳开，无需人工查找，方便准确。

从保护人身安全角度，经消弧线圈接地时，如果架空线断线，掉落下来的导线对于人身安全将造成较大威胁。小电阻接地发生这种情况则会保护正确动作把电源切除，确保安全。

从单相接地电流大小角度，10A以内，适合选不接地或经高阻接地；30～100A，适合选经消弧线圈接地；100A以上适合选经小电阻接地。

4 结语

不同机场配电网的网络结构不同，负荷种类不同，中性点接地方式选择应根据电网结构、供电可靠性要求、过电压水平、接地电流水平、绝缘水平、人身安全和设备安全、继电保护的选择性和灵敏性、对通信弱电设备的影响以及基建费用等综合比较后决定。要结合当地的实际情况，选择一个安全经济、技术合理的中性点接地运行方式。

［1］雍静.供配电系统［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］贺志锋，刘沛.对中压配电网中性点接地方式的研究［J］.电力自动化设备，2002（9）：70-72.

［3］董振亚.城市配电网中性点接地方式的发展和改进［J］.中国电力，1998（8）：38-41.

［4］刘明岩.配电网中性点接地方式的选择［J］.电网技术，2004（16）：86-89.

［5］李福寿.中性点非有效接地电网的运行［M］.北京：水利电力出版社，1993.

［6］DL/T620-1997.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.

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

Research on the Neutral Point Grounding Mode of Airport 10kV Distribution System

Li XinyangQiao ZhiyuanXue Xiaodong

（Logistics Management Center of Henan Airport Group Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 451161）

In this paper,a variety of neutral point grounding modes were introduced,especially the arc suppression coil grounding and small resistance grounding modes were analyzed in detail.Then the selection of neutral grounding mode of airport 10kV distribution system was discussed specially from multiple perspectives.It was put forward that the actual situation of airport distribution network should be considered comprehensively to choose a safe,reliable, economical and reasonable neutral point grounding mode.

airport power；10kV distribution network；neutral point；grounding mode

TM862

A

1003-5168（2017）02-0134-03

2017-01-05

李辛阳（1971-），男，硕士，高级工程师，副主任，研究方向：工商管理，机电工程；乔志远（1989-），男，硕士，研究方向：电力系统及其自动化；薛晓东（1974-），男，大专，中级工程师，研究方向：电力系统及其自动化。