配網中性點接地方式分析探討

李海艦

（廣西送變電建設公司，廣西 南寧530031）

0 引言

目前常用的配網中性點接地方式分為兩大類，一類為小電阻直接接地系統，另一類為不接地或經消弧線圈接地系統。前者在系統發生單相接地時，會產生很大短路電流，不允許單相故障長期運行；不接地或經消弧線圈接地系統，在系統發生單相接地時，產生接地電流不是很大，為系統對地電容電流，同時系統線電壓保持對稱，不影響用戶正常用電，所以允許單相接地點在系統中長時間運行。對比不同區域的電力發展情況，配網中性點接地方式的使用方式各不相同，本文就不同接地方式的運行情況進行對比分析。

1 不同接地方式的原理

如主變壓器無中性點或中性點未引出，應裝設容量相當的專用接地變壓器，接地電阻、消弧線圈接入接地變壓器中性點。

1.1 小電阻接地方式原理

中性點經小電阻接地系統由接地變、接地電阻、零序互感器等組成。當發生單相接地時，通過小電阻形成電流環路（圖1），使接地電流遠大于系統電容電流，從而使線路保護的零序保護快速可靠動作，跳開故障線路。

圖1 小電阻接地方式等效原理圖

1.2 經消弧線圈接地方式原理

中性點經消弧線圈接地方式由接地變、消弧線圈構成。消弧線圈在發生單相接地時，提供感性電流，去補償單相接地流過接地點的電容電流，以此達到滅弧的效果（圖2）。選擇消弧線圈的補償容量時，需核算網區的電容電流。同時不應將多臺消弧線圈集中安裝在一處，并應避免網區僅裝一臺消弧線圈。在任何運行方式下，大部分網區不得失去消弧線圈的補償。

圖2 經消弧線圈接地方式等效原理圖

2 不同接地方式的優缺點分析

配電網在整個接地電容電流中含有一定成分的諧波電流，單一經消弧線圈接地方式工作下，對接地故障時產生的電容電流中的諧波電流無法補償，不能消除弧光接地過電壓，同時在單相接地時，出現工頻相電壓升至線電壓。小電阻接地方式下由于中性點經小電阻接地，發生單相接地故障時中性點不會偏移，相對地電壓不會升高，可以降低配電系統故障時的過電壓水平，從而保證配電系統電氣設備安全可靠運行。

中性點經消弧線圈接地系統發生單相接地永久性故障后，故障電流大小與正常運行時的電容電流相當，線路的零序保護無法可靠動作（零序保護整定時需躲開正常運行時的對地電容電流），一般查找故障線路采用逐條線路試拉手段。而微機選線裝置需要零序電壓和零序電流進行對比判斷，受到各方面影響大，難以正確選線。小電阻接地系統中發生單相接地時，通過接地電阻形成回路，流過接地點的零序電流增大，能可靠啟動線路零序保護，準確快速切除故障線路。

單一的經消弧線圈接地方式，在系統發生單相接地時，產生接地電流不是很大，為系統對地電容電流，同時系統線電壓保持對稱，不影響用戶正常用電，所以允許單相接地點在系統中較長時間運行，可減少系統停電次數；但從系統設備的安全運行方面考慮，受消弧線圈補償諧振過電壓的限制，接地點仍有殘流，在發生人身觸電或有人經過接地點時容易發生人身傷亡事件；對于小電阻接地系統無論是永久性的還是瞬間性的，均會啟動線路保護跳閘，使線路的跳閘次數增加，影響用戶的正常供電。但在線路保護配置上，對線路開關重合閘進行設定，按照零序保護的不同保護段來設置，可以區分線路發生的永久性的還是瞬間性的故障。瞬間性故障后能正確啟動重合閘，恢復送電，減少對用電戶的影響。

經消弧線圈接地系統，因每個消弧線圈的補償能力有限，當系統不斷擴建時，會出現補償能力不足，需要安裝多個消弧線圈來滿足需求，從而增加后期投資成本；小電阻接地方式需在每個出線間隔加裝零序CT進行保護配置，對保護設備也有要求。但從成本上來講，成熟化的保護配置成本增加不高。

通過上述分析，得出如表1所示的消弧線圈和小電阻接地方式的對比表。

表1 兩種接地方式對比

$ 設計選用原則

現在的配電線路包括架空線路、電纜線路及架空與電纜混合線路3種類型。經比較，架空線路的接地故障多為瞬間故障，而電纜線路接地故障多為由自身絕緣缺陷造成的擊穿形成的接地故障。當接地點在電纜時，接地電弧為封閉性電弧，電弧不易自行熄滅，所以電纜線路為主的配電網的單相接地故障多為永久性故障。從故障電流上說，由于電纜線路更加密集更加龐大，系統產生的電容電流比架空線路大，電容電流補償上更加困難，補償量更大。

由上文可得在最初設計時，對于城市內或人口密集處的電纜線路，需要快速地切除各類永久性或人為性接地故障，優先考慮使用小電阻接地方式，這樣從快速性和安全性上都能很好地滿足要求。而對于郊區上的架空線路，瞬間性接地故障多，使用經消弧線圈接地的小電流接地方式可提高供電可靠性。

4 設計選用實例

筆者參設的國外某變電站15kV側出線8回，架空按照每回25km，電纜1km長度預估，可知架空線路長度為8×25km，電纜長度8×1km。

采用小電阻接地方式，則用以下公式：（1）IN＝E?／RN（E?為相電壓，RN為接地電阻）；（2）（Id為接地電流，IC為接地電容電流，IN為中性點電阻電流）。按Id＝300A考慮，則由式（1）（2）推出IN＝299.3A，RN＝8 660.5／299.3＝28.9Ω。考慮裕度電阻值選取30Ω。

通常設定的繼電保護在4s內切除故障，按4s熱穩定電流可達15倍設備額定電流的原則，電壓E?為15kV系統的相電勢幅值，以平均電壓計E?＝15×1.05kV／＝9 093.5V，額定電流為：

接地變壓器容量選擇：按4s的熱穩定條件，繞組的額定電流為短路時流過繞組的電流的1／15，則

Sr＝＝185.5kVA；選標準容量Sr＝200kVA。

5 結語

配網的不斷發展，對其供電可靠性、安全性的要求不斷提高，如何能在已有的設備資源配置上達到要求，如何能整合各種接地方式的優點，是值得研究的。新出現的可控型電阻接地成套設備集成了消弧線圈和小電阻兩種接地方式的優點，但其補償能力低，成效不穩定。隨著數字化技術在電網中的廣泛應用，筆者認為在配網不斷擴建、不斷互聯的情況下，通過數字化進行區域控制，將整個網區已有的消弧線圈、小電阻整體改造起來，達到自動控制程度，最大可能地解決彌補消弧線圈容量不足、接地故障難選線、跳閘率高等技術難題，如此將能實現在減少設備投資的前提下，使配電網區的供電可靠性、安全性得以提高的目標。

［1］戈東方.電力工程電氣設計手冊：電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989

［2］電力工業部電力規劃設計總院.電力系統設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，1998

［3］DL／T620—1997 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］