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电力中压系统中性点接地方式研究

邢彩娟，杜学龙

(唐钢动力厂 唐山063016)

摘 要：该文通过对中性点接地方式的比较和运行情况的分析(包括供电可靠性、安全性等)，对中压电网的中性点消弧线圈接地方式及小电阻接地方式进行了探讨。对小电阻接地方式改造提出了具体建议。

关 键 词：中压系统；中性点；消弧线圈；小电阻；零序保护

1  概述

电力系统中性点接地的方式，是综合考虑了供电可靠性、过电压、系统绝缘水平、继电保护的要求、对弱电通讯线路的干扰以及稳定性的要求等影响而确定的。在我国采用的中性点接地方式有中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经小电阻接地等方式。

中压电网以35kV、10kV、6kV三个电压等级应用较为普遍，东北地区有66kV系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设备设计规范中规定35kV电网如果单相接地电容电流大于10A，3kV～10kV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而《城市电网规划设计导则》(施行)第59条中规定“35kV、10kV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。

2  中性点不同接地方式的各自特点

在中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统(即中性点不接地而是经消弧线圈或电阻的接地系统。)。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用了中性点经小电阻接地方式(如上海已经使用多年)，为此对这两种接地方式进行分析对比。

2．1  中性点经小电阻接地方式

世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性．而采用此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在400～600A，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路，其优缺点是：

(1)系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，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。

(2)接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，0．2s切除故障线路。

(3)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。

(4)当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。

2．2  中性点经消弧线圈接地方式

采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。因为以前我国配电网构成多以架空线路为主，单相接地故障比重很大，在刮风、打雷天气，树线矛盾突出，因树枝碰到导线导致单相接地或雷击造成单相对地闪络的情况比较常见。中性点经消弧线圈接地系统单相故障的接地电流很小，大多数瞬时性单相接地故障的电流电弧能自行熄灭，系统能恢复正常运行，即使是金属性单相接地或单相接地电弧不能自熄，由于单相接地故障不影响电压的三相平衡，为了能继续向用户供电，允许带故障运行1～2h以查找并切除故障线路。

应该说在配电网发展初期，采用中性点不接地而是经消弧线圈接地是符合我国国情的，对保证配电系统供电的连续性发挥了重要作用。为适应城市规划和市政建设的需要，城市电网已逐步实现电缆网供电。在负荷密集、供电半径短和以电缆线路为主的供电方式中中性点不接地方式暴露出许多问题：

(1)对地电容电流增大，造成消弧设备增加，增加了投资并多占了空间。

(2)当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故无法有效投入零序保护，小电流接地选线装置选线准确度差，使零序故障检出困难。

(3)这种接地方式的过电压高(包括工频过电压、弧光接地过电压、各种谐振过电压)，而且持续时间长，容易引起铁磁谐振过电压事故，导致电压互感器烧毁、熔丝熔断、避雷器爆炸等危害，它们对设备绝缘和氧化锌避雷器的安全运行是一种较严重的威胁。

3  以电缆出线为主的中压供电系统中性点接地方式

进入21世纪，尤其是2009年唐钢厂容治理改造以来，公司供配电系统基本全部为电缆线路，只有631和621在厂区外保留架空线路。随着配电网电容电流的迅速增大，很难保证消弧线圈在一定脱谐度下过补偿运行，以电缆为主的配电网，当发生单相接地故障时，其接地残流较大，运行于过补偿的条件也经常不能满足。而以电缆为主的配电网单相接地故障多为系统设备在一定条件下由于自身绝缘缺陷造成的击穿，而且接地残流较大，尤其是当接地点在电缆时，接地电弧为封闭性电弧，电弧更加不易自行熄灭，所以电缆配电网的单相接地故障多为永久性故障。由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接地永久性故障后，接地故障点检出困难，不能迅速检出故障点所在线路。这样，一方面使系统设备长时间承受过电压作用，对设备绝缘造成威胁，另一方面，继续维持用户供电的优势也将不复存在。据计算和实测中性点不接地或经消弧线圈接地系统的弧光接地过电压能达到相当严重的数值。

3．1  小电阻接地系统的运行状况

经过城网改造的上海、北京和天津等地区逐步在使用小电阻接地系统，一些钢铁企业，例如京唐钢铁建设初期就确定了这种接地方式，考察了这些系统，应用效果达到了预期。

(1)降低单相接地工频过电压，消除了PT谐振过电压和大部分断线谐振过电压。发生单项接地时，接地相对地电压很低，金属性接地时对地电压降至零，其它两相对地电压略有升高。

(2)避免了行人触电事故的发生。由于接地点对地电压很低，接地点周围的跨步电压也很低，减小了对接地点周围的行人产生的危害。

(3)中性点经小电阻接地方式为10kV电网中使用残压最低的氧化锌避雷器创造了条件。

(4)有效迅速切除故障点，保证整个系统的安全运行，避免事故扩大。

3．2  改造和运行过程中需要注意的问题

(1)改造方案要系统、全面。变电站中性点经消弧线圈接地方式改为经小电阻接地方式时，要对系统进行整体评估、改造方案要包括站内设施和终端用户设施的同步改造，确认终端用户内部接地方式改造完成，继电保护装置的适应性和功能完整，终端用户的零序保护首先投入，各级保护配合，避免越级保护跳闸。

(2)确保零序CT安装接线正确、可靠。由于小电阻接地系统发生单相接地时故障点电流可能很小，保护定值较小，采用合成法形成零序电流比较困难，一般出线采用电缆外套装可拆卸CT。当套装CT时，应注意电缆接地线的穿入方法、检查CT极性安装正确、二次连片是否安装牢固。

(3)接地变的零序CT装于接地变与小电阻之间的引线处，接地变本身无专用断路器时，其零序保护Ⅰ段时间跳变压器二次侧母联，Ⅱ段时间跳二次侧主开关，Ⅲ段时间切除主变，接地变本身不再装设其它保护。

(4)架空线路故障时故障电流可能很小，但故障点跨步电压较低，对人身危害较小，采用低定值；电缆线路故障时故障电流较大，定值较高。

(5)当出线为双电缆时，两只CT二次应并联接线，为确保保护正确动作，不能漏接线。

4  结论

在以架空线为主体的配电网中，外力或雷电造成的瞬时单相接地故障占很大比例，因此，在这类配电网中采用中性点经消弧线圈接地方式的优越性是明显的；在城市中心区，配电网以电缆线路为主，为解决经消弧线圈接地方式出现的诸多问题，配电系统中性点采用小电阻接地方式。