中壓電網中性點接地方式

摘 要：隨著中壓電網中性點不接地供電網系統的不斷擴大及電纜饋線回路的增加，單相接地電容電流也在不斷地增加，改造電網中性點接地方式、合理選擇電網中性點接地方式，已是關系到電網運行可靠性關鍵的技術問題，文中就電網的中性點接地方式進行分析和探討。

關鍵詞：供電系統 中性點接地 可靠性

概述

中壓電網以35KV、10KV、6KV三個電壓應用較為普遍，其均為中性點非接地系統，但是隨著供電網絡的發展，特別是采用電纜線路的用戶日益增加，系統單相接地電容電流不斷增加，導致電網內單相接地故障擴展為事故。我國電氣設備設計規范中規定35KV電網如果單相接地電容電流大于10A，3KV-10KV電網如果接地電容電流大于30A，都需要采用中性點經消弧線圈接地方式，而《城市電網規劃設計導則》（施行）第59條中規定：“35KV、10KV城網，當電纜線路較長、系統電容電流較大時，也可以采用電阻方式?！睂χ袎弘娋W中性點接地方式，世界各國也有不同的觀點及運行經驗，就我國而言，對此在理論界、工程界也是討論的熱點問題，在中壓電網改造中，其中性點的接地方式問題已引起多方面的關注，面臨著發展方向的決策問題。

一、中性點不同的接地方式與供電的可靠性

在我國中壓電網的供電系統中，大部分為小電流接地系統（即中性點不接地，或經消弧線圈或電阻接地系統）。我國采用經消弧線圈接地方式已運行多年，但近幾年有部分區域采用中性點經小電阻接地方式，在此對這兩種接地方式加以分析，對于中性點不接地系統，因其是一種過渡形式，其隨著電網的發展最終將發展到上述兩種方式。

1.中性點經小電阻接地方式

世界上以美國為主的部分國家采用中性點經小電阻接地方式，原因是美國在歷史上過高地估計了弧光接地過電壓的危害性，而采用此種方式，用以泄放線路上的過剩電荷，來限制此種過電壓。中性點經小電阻接地方式中，一般選擇電阻的值較小。在系統單相接地時，控制流過接地點的電流在500A左右，也有的控制在100A左右，通過流過接地點的電流來啟動零序保護動作，切除故障線路。其優點是：

（1）系統單相接地時，健全相電壓不升高或升幅較小，對設備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

（2）接地時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路。

缺點是：

（1）由于接地點的電流較大，當零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導致相間故障發生。

（2）當發生單相接地故障時，無論是永久性的還是非永久性的，均作用于跳閘，使線路的跳閘次數大大增加，嚴重影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠性下降。

2.中性點經消弧線圈接地方式

自1916年發明了消弧線圈，并于1917年首臺在德國Pleidelshein電廠投運至今，已有84年的歷史。運行經驗表明，其廣泛適用于中壓電網，在世界范圍有德國、中國、前蘇聯和瑞典等國的中壓電網均長期采用此種方式，顯著提高了中壓電網的安全經濟運行水平。

采用中性點經消弧線圈接地方式，在系統發生單相接地時，流過接地點的電流較小，其特點是線路發生單相接地時，可不立即跳閘，按規程規定電網可帶單相接地故障運行2小時。從實際運行經驗和資料表明，當接地電流小于10A時，電弧能自滅，因消弧線圈的電感的電流可抵消接地點流過的電容電流，若調節得很好，電弧能自滅。對于中壓電網中日益增加的電纜饋電回路，雖接地故障的概率有上升的趨勢，但因接地電流得到補償，單相接地故障并不發展為相間故障。因此中性點經消弧線圈接地方式的供電可靠性大大高于中性點經小電阻接地方式，但中性點經消弧線圈接地方式也存在著以下問題：

（1）當系統發生接地時，由于接地點殘流很小，且根據規程要求消弧線圈必須處于過補償狀態，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。

（2）因目前運行在中壓電網的消弧線圈大多為手動調匝的結構，必須退出運行才能調整，也沒有在線實時檢測電網單相接地電容電流的設備，故在運行中不能根據電網電容電流的變化及時進行調節，所以不能很好地起到補償作用，仍出現弧光不能自滅及過電壓問題。

中性點經消弧線圈接地方式存在的兩大缺點，也是兩大技術難題，多年來電力學者致力于解決這一技術難題。隨著微電子技術、檢測技術的發展和應用，我國已研制生產出自動跟蹤消弧線圈及單相接地選線裝置，并已投入實際運行取得良好效果，現在正處在推廣應用階段。

二、單相接地電容電流

因中性點不接地方式在中壓電網中僅是一種短期的過渡方式，最終是要過渡到經消弧線圈或小電阻接地方式，所以改造前要對電網中的電容電流進行計算和測量，以給改造提供技術數據。中壓電網單相接地電容電流有以下幾部分構成：

1.系統中所有電氣連接的全部線路（電纜線路、架空線路）的電容電流。

2.系統中相與地之間跨接的電容器產生的電容電流。

3.因變配電設備造成的電網電容電流的增值。

系統中的電容電流可按下式計算：

I_c=（I_c1＋i_c2）（1＋k％）

式中：I_c為電網上單相接地電容電流之和。

I_c1為線路和電纜單相接地電容電流之和。

I_c2為系統中相與地間跨接的電容器產生的電容電流之和。

k％為配電設備造成的電網電容電流的增值。10KV取16％、35KV取13％。

在對電網上單相電容電流計算的基礎上，為了準確選擇和合理配置消弧線圈的容量，對系統運行中單相電容電流進行實測是十分必要的。微機在線實時檢測裝置為實測網上單相電容電流提供了快速準確的手段，其原理是，檢測系統的不平衡電壓E₀，并以一定的采樣周期檢測線電壓U_AB，中性點位移電壓U₀及中性點位移電流I₀，根據下式計算出單相接地電容電流。

E₀=U₀＋I₀×X_c

式中：X_c為系統對地容抗；

因X_c=（E₀-U₀）/I₀

則I_c=U相/X_c=U相I₀/E₀-U₀

式中I_c為單相接地電容電流。

單相電容電流的檢測也可以采用偏置電容法和中性點外加電容法，在測試中，可以選用幾種不同容量的C_f（所加的偏置電容）測出幾組數據，利用移動平均值獲得單相接地電容電流，以減少測試中的誤差。

三、微機控制消弧裝置

人工調諧的消弧線圈，因不能隨著電網的運行實時調整補償量，不能保證電網始終處于過補償狀態，甚至導致系統諧振，并難以將故障發生時入地電流限制到最小。我國研制微機自動跟蹤消弧裝置始于80年代，現已不斷完善形成系列產品，并配套接地自動選線環節，有效地解決了中性點經消弧線圈接地方式的電網，長期難以解決的技術問題。該裝置的Z型結構接地變壓器零序阻抗小，損耗低，并可帶二次負荷，其可調電抗器為無級連續可調鐵芯全氣隙結構，具有調節特性好、線性度高、噪聲低等特點，裝置采用消弧線圈串電阻接地方式，以抑制消弧線圈導致諧振的問題，其微機控制單元是實現自動跟蹤檢測、調節、選線的核心，系統的響應時間小于20s，有過補、欠補、最小殘流三種運行方式。

裝置在運行中計算機周期采樣，以獲得電網運行的適時參數，計算機對系統電容電流、殘流進行計算，根據設定值與計算值的偏差自動調整電抗器的電感量，從而實現消弧線圈運行在設定值上。選線裝置是通過計算機過對線路零序電流的采樣，計算機根據采樣電流的幅值和方向判斷接地線路，可準確及時地檢出有接地故障的線路。

結語

中壓電網的中性點接地方式在國內也有不同的觀點，并已成為電網改造中的一個熱點問題，我國根據多年的運行經驗及科學技術的進步，解決了中壓電網中性點經消弧線圈接地系統長期難以解決的技術難題。自動跟蹤消弧線圈及接地選線裝置的不斷完善和推廣應用，為中壓電網中性點經消弧線圈接地提供了技術保障，為此，在我國采用中性點經消弧線圈接地方式是我國中壓電網的發展方向。

參考文獻：

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