配电网中性点接地方式及改造

国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 许家响 张祥帅 范小辉

1 引言

在我国配电网中，80%以上的故障是由线路单相接地引起的，架空线为主的电网单相故障中绝大多数为瞬时性故障，合理选用中性点接地方式，可以减少线路故障跳闸次数，提高供电的可靠性。近年来，随着配电网的电缆化率逐步提高，部分区域变电站的电容电流快速增长，通过对原接地方式进行改造，能有效解决单相接地故障电流超标的影响，有利于提高电网安全运行水平[1-3]。

2 常见的中性点接地方式

目前，国内配电网中性点接地方式主要有不接地、经消弧线圈或低电阻接地三种典型的接地方式[4-5]。

2.1 不接地

中性点不接地方式的结构最简单，是一种配电网之前经常采用的方式。在配电网出现持续的单相接地时，由于中性点没有接地，使得变压器内部三相间电压的对称性不变。而接地点的故障电流只是配电网对地电容的电流，是比较小的，运行中不需要立即切除发生接地故障的线路，能够在内继续对用户供电，减少因故障造成的停电时间，提高了供电可靠性，但是对配电网的整体绝缘水平要求较高。

2.2 经消弧线圈接地

随着经济发展，城市配电网入地工程使得电缆线路应用不断增加，配电网系统的对地电容快速增长。对地电容的增加使得单相接地故障电流剧增。当接地电流在10~30A 时，故障点可形成间歇性的电弧；当接地电流大于30A 时，故障点可形成稳定的电弧，稳定的电弧可发展为持续性的接地故障。中性点经消弧线圈接地，流过消弧线圈的电流为感性电流，在单相接地故障时能够补偿非故障相的容性电流，降低了故障点电流，进而有助于熄灭故障电流产生的电弧。

2.3 经低电阻接地

对于中性点不接地配电网系统，当发生单相接地故障时，故障点的接地电流虽然较小，产生的间歇性电弧也可引起过电压，造成非故障相的对地电位升高至配电网系统的线电压，这时对配电网整体绝缘要求较高，绝缘薄弱处可能造成相间绝缘击穿短路，引起事故扩大。通过在配电网的中性点（或经接地变压器引出的中性点）串接低电阻接地，此电阻与配电网系统的对地电容为并联关系。出现单相接地故障时，间歇性电弧的能量可以由该电阻吸收，大大降低间歇性电弧的重燃概率，从而降低非故障相的过电压幅值。

2.4 中性点接地方式选用原则

一是配电网中性点选择哪一种接地方式，具体应根据系统中对地电容电流的数值，综合考虑系统整体绝缘水平以及所带负荷的需求情况、线路常见故障形式等，并参考保留配电网发展的裕量。

二是不同类型供电区域配电网的中性点接地方式宜符合表1的要求。

表1 供电区域配电网适用的接地方式

三是按照发生单相接地故障时故障点电容电流的大小考虑，接地电流宜控制在1000A 以下；同一等级的规划区域内宜采用相同的中性点接地方式，以方便对负荷进行转供。配电网中性点接地方式选择应符合表2中的原则。

表2 配电网中性点接地方式选择

3 中性点不接地方式的改造

中性点不接地的配电网系统，发生单相接地故障时的电容电流超过10A 时，同时要求能够在故障条件下运行，可将接地方式改造为经消弧线圈接地。

4 中性点经消弧线圈接地方式的改造

4.1 消弧线圈接地方式存在的问题

4.1.1 消弧线圈容量不足引起欠补偿

随着电网的升级改造，中性点经消弧线圈接地方式面临的主要问题是，消弧线圈容量不足导致系统电容电流欠补偿。对于欠补偿不是特别严重的情况，消弧线圈增容改造是近年来国内大部分城市电网所采用的最主要且相对简单、成熟的方案。但是这种方案最大的劣势在于，消弧线圈的增容相对滞后于配电网系统的入地改造。同时，部分变电站的电容电流已经超过了消弧线圈最大补偿容量（1000kVA）的上限，如表3所示。

表3 某城区配电网电容电流补偿情况表

4.1.2 消弧线圈接地选线准确率偏低

消弧线圈接地方式的另一个问题是发生接地故障时的选线准确率偏低，2016年国家电网多家省公司及电科院已开展过消弧线圈选线试验，结果均证明消弧线圈选线准确率实际偏低。

4.1.3 低电阻接地方式的论证

低电阻接地方式优点。一是当系统中某条线路发生单相接地时，能够可靠动作切除接地故障，保证其他无故障线路可靠运行，减少接地选跳对其他线路供电的影响。二是由于在第一时间将故障切除，降低了因接地故障引起非故障相电压升高时系统内绝缘薄弱环节绝缘击穿的概率。三是在同一系统出现两条或以上线路接地时，经低电阻接地系统可以使接地线路跳闸，避免了停电选跳的过程。

现代城市电网低电阻改造的条件。近年来，国内一些城市电网加强配电网建设，通过更换绝缘导线、加装绝缘护罩、采用全绝缘设备，目前已实现架空线路全绝缘化，绝缘化率达到100%，线路电缆化率已接近达到80%，为低电阻接地方式改造提供了良好的条件。国内一些城市自20世纪九十年代起，已经开始采用中性点经低电阻接地方式，并投运至今，拥有成熟可靠的运维经验。

4.2 经低电阻接地的主要接线方式

对于变压器联结组别以及变电站内一次设备布置的不同情况，依据《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）kV 智能变电站模块化建设（2015年版）》110kV 变电站部分方案，低电阻接地有两种典型接线方式，如图1所示。

图1 中性点经低电阻接地的两种典型接线方式

方式一：接地变接地电阻成套装置直接接至主变压器次级首端。改造时将消弧线圈退出运行，增加低电阻接地变成套装置一套接于主变次级首端，核对所有出线开关柜内零序电流互感器功能。变电站继电保护配置做相应的调整，以满足接地方式的改变。

方式二：接地变接地电阻成套装置通过断路器接至母线。改造时母线上原消弧线圈退出运行，增加低电阻装置接于接地变中性点后，核对所有出线开关柜内零序电流互感器功能。变电站继电保护配置做相应的调整，以满足接地方式的改变。

4.3 中性点改造为经低电阻接地方式的应用实例

以国内某城市电网110kV 某变电站为例，用上节提到的方式一（主变次级首端加装低电阻成套装置）作为此变电站的改造方式。

4.3.1 改造前系统运行情况

此变电站＃1消弧线圈于2008年7月投运，其额定电流为75A，根据测算，2013年系统电容电流值为85.45A，严重欠补偿，列入技改计划。2014年增容至1000kVA，额定电流165A。

2016年4月10日，此变电站发生电缆起火故障，现场调取控制装置上的动作记录情况（见表4），可见在系统电容电流满足过补偿的条件下，仍存在残流过大及中性点位移电压超标的情况，可能导致电弧不能自然熄灭，最终引起相间短路及火灾事故。

表4 110kV 某变电站消弧线圈接地动作情况

4.3.2 改造后系统运行情况

对改造为低电阻接地方式后的此变电站，调取2017年全年的动作记录发现，保护均正确动作，并及时切除故障线路，见表5。

表5 110kV 某变电站低电阻改造后保护动作情况

通过对比改造前后的情况，可以发现，消弧线圈接地方式受限于采样准确率、选线正确率以及调档机构可靠性等，且无法消除系统阻性分量带来的残流影响，当系统发生接地时并不能从根本上保证电网设备的安全稳定运行；低电阻接地方式下，零序保护能够可靠动作，精准切除接地故障，彻底消除了系统发生

长时接地可能引起的设备火灾隐患。

5 结语

中性点的接地方式关系着配电网系统中设备的整体绝缘水平、继电保护的配合以及供电的可靠性。本文上述的不同中性点接地方式彼此各有优缺点，应参照不同配电网的具体情况，对不同接地方式的技术经济综合考量后进行选择，同时本文给出了中性点接地方式几种典型的改造方式，为电力从业人员在配电网中性点接地方式的选用和改造上提供参考帮助。