關于一種靈活的配電網中性點接地設計研究

王偉

【摘 ?要】從國內設計規范對配網中性點接地方式選擇的要求出發，分析了目前主要的配網中性點接地方式的適用情況及優缺點。針對目前在電網規劃設計中出現的新趨勢，分析了傳統中性點接地方式的局限性和不足。根據目前新出現的消弧線圈并小電阻接地方式的工作原理及其優點，提出了一種靈活的配電網中性點接地設計方案，并介紹了在配網發展的不同階段此設計方案所具備的靈活性，以及能夠降低重復投資，避免后期改造，提高供電質量等諸多優點。

【關鍵詞】中性點接地方式;靈活性;設計方案;消弧線圈;小電阻

隨著我國經濟的快速發展，電網建設也進入了一個快速發展階段。相對的中壓配電網的自動化及網架完善升級最近才開始加大投入力度，特別隨著城市化進程的加快，越來越多的中壓配電網不再采用傳統的架空線路而改為采用對環境及景觀影響更小的電纜線路，故而在配電網中性點接地的設計上傳統的不接地或消弧線圈接地方案不再與新的情況相適應。在這種情況下新的變電站規劃設計時，我們需要一種靈活的，能更好適應變電站配電網架不同發展階段的中性點接地設計方案。

1 中壓配電網中性點接地形式

1.1 不接地及消弧線圈接地

GB/T 50064-2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》[1]，3.1.3條：“1、35kV、66kV系統和不直接連接發電機，由鋼筋混凝土桿或金屬桿塔的架空線路構成的6kV～20kV系統，當單相接地故障電容電流不大于10A時，可采用中性點不接地方式;當大于10A又需在接地故障條件下運行時，應采用中性點諧振接地方式。2、不直接連接發電機、由電纜線路構成的6kV～20kV系統，當單相接地故障電容電流不大于10A時，可采用中性點不接地方式，當大于10A由需在接地故障條件下運行時，宜采用中性點諧振接地方式。”根據上述規范對于中壓配電網，當單相接地故障電容電流不大于10A時，架空配電線路及電纜配電線路都可以采用中性點不接地方式，而大于10A時也都可以采用諧振接地（消弧線圈接地）方式。

1.2 小電阻接地

GB/T 50064-2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》[1]，3.1.4條：“6kV～35kV主要由電纜線路構成的配電系統、發電廠廠用電系統、風力發電場集電系統和除礦井的工業企業供電系統，當單相接地故障電容電流較大時，可采用中性點低電阻接地方式。”根據上述規范對于中壓配電網，當單相接地故障電容電流遠大于10A時，電纜配電線路可以采用中性點低電阻（小電阻）接地方式。

2 中性點接地方式的選擇

根據設計規范，6kV～35kV配電系統采用架空線路形式時主要采用不接地方式及諧振接地方式，而采用電纜線路形式時除了上述兩種接地方式以外還增加了低電阻接地方式。另外，規范中強調架空線路配電系統需要在接地故障條件下運行時應采用諧振接地，那么如果架空線路無需在接地故障下運行，我們也可以考慮采用低電阻接地方式的可能性。

故在變電站的配電網中性點接地方式選擇中，我們需要關注以下三個關鍵點：（1）6kV～35kV配電線路的形式是以架空線為主，還是以電纜線路為主;（2）配電線路的單相接地故障電容電流是否大于10A，或是否遠大于10A;（3）配電線路是否需要在接地故障條件下繼續運行一段時間。

根據設計規范及以上關鍵點，在變電站規模小、以架空線路為主且架空配電線路長度短的情況下，配電線路單相接地故障電容電流不大于10A，此時大都可以采用中性點不接地方式，例如偏遠地區為村鎮供電的35kV變電站。對于變電站規模大、以架空線路為主且架空配電線路長度較長，配電線路單相接地故障電容電流大于10A，根據變電站的供電半徑及以往的設計經驗，配電線路的單相接地故障電容電流不會遠超10A，即若采用消弧線圈接地方式時，消弧線圈的容量不會超出常規的選擇范圍;此時除非架空配電網架十分強大，又需要能夠準確判斷接地故障線路、限制單相接地故障過電壓等情況，一般采用消弧線圈接地方式，例如內陸地區普通縣級供電的110kV變電站。

對于變電站規模大，以電纜線路為主且電纜配電線路長度較長的情況下，配電線路的單相接地故障電容電流往往比較大，此時選擇消弧線圈比較困難。電纜的主絕緣在出現絕緣故障的情況下多是不可恢復的，而架空線則不同大多可以自恢復，電纜提高絕緣的成本也較架空線高得多，單相接地故障時正常相的電壓升高及接地故障過電壓對電纜線路的絕緣危害比架空線要大得多。從延長電纜絕緣壽命、避免因為接地電弧導致電纜火災、以及避免因為故障過電壓導致電纜絕緣永久故障的角度出發，讓電纜線路長時間在單相接地故障狀態下運行也是不合適的。因此，在這種情況下，配電網的中性點接地方式采用小電阻接地更合理，此外上述情況大多發生在大城市的中心城區，配電網往往能實現“手拉手”或環網，線路不需要在發生接地故障時還繼續運行。

3 工程規劃設計過程中中性點接地方式選擇存在的問題

在電力工程實際規劃設計過程中，我們經常會遇到無法準確預測變電站建成后配電線路的形式和長度的問題。例如對于大城市的城郊及內陸地區地級市的市區，目前其中壓配電網大多還是以架空線的形式為主，然而隨著大城市城區范圍的擴大，以及地級市城市建設水平的提高，架空線改造為電纜線路是一個大趨勢，這時配電網中性點選擇采用消弧線圈接地或是小電阻接地方式，都不盡合理，無法實現近期與遠期的兼顧。此外，在變電站建成初期，無論是采用架空線路還是電纜線路，大都不會出現接地故障電容電流大于10A的情況，初期都可以采用中性點不接地方式。但同時也存在單相接地故障電流小，小電流接地選線裝置無法準確判斷故障線路的情況。此時若能將不接地系統臨時切換為小電阻接地系統，則可輔助判斷永久接地故障線路并通過線路零序保護將其跳開來提高故障排除效率并減少不必要的停電。

4 一種靈活的中壓配電網中性點接地設計方案

在中壓配電網由架空線向電纜線路改造升級的過程當中，我們需要一種能夠兼顧兩種形式配電網的中性點接地設計方案。以往采用的消弧線圈接地方式，我們上文中已經闡述了在以電纜線路為主的配電網中的不足。對于架空線路為主的配電網，若采用小電阻接地方式也會存在一些問題。從上文中規范描述可知在不考慮帶單相接地故障運行的情況下，架空線配電網也可采用小電阻接地方式，然而小電阻接地存在無論臨時故障還是永久故障都會使故障線路跳開的問題，即使配合線路重合閘也會使得配電網的停電時間及次數大大增加。

隨著電網技術的發展，一種兼具消弧線圈接地及小電阻接地優點的新的接地方式出現了。配電網系統采用消弧線圈并聯小電阻的接地方式，在接地故障發生后一定時間內具有諧振接地系統的性質，接地電弧可由消弧線圈熄滅;當故障持續一定時間，判定為永久接地故障時，通過投切裝置投入小電阻，以啟動線路零序保護切除故障。這種接地方式保證架空配電線路故障點在高電阻的條件下也能正確選線，從而切除故障線路。[2]

消弧線圈并聯小電阻接地裝置的工作原理接線，系統既能夠完成電容電流的計算，自動調節消弧線圈處在要求的補償位置，又能在永久性接地故障情況下控制小電阻的投切，來在兩種接地方式間轉換。

基于消弧線圈并聯小電阻裝置的工作原理及相應具備的優點，并結合電網規劃設計過程中分期建設、節約投資同時保證靈活性的思想，從而創造出了一種靈活的配電網中性點接地設計方案。此靈活的配電網中性點設計方案分為初期接線和終期接線，能夠很好的兼顧中性點不接地方式、消弧線圈接地方式及小電阻接地方式，并能夠在三種接地方式間靈活切換，能夠滿足不同時期不同形式中壓配電網中性點接地的需求。對于在變電站的建設初期，投運的中壓配電線路較少、長度較短，接地故障電容電流不大于10A，我們此時可采用初期接線形式，其接線如下圖1。此時中性點接地系統只投入可投切小電阻裝置，正常運行時可打開可投切小電阻前的隔離開關K1作為完全不接地系統運行。而如果小電流接地選線裝置的選線正確率不滿足要求，或電纜線路占比較高，從降低電纜線路接地故障過電壓及火災風險角度出發，可以合上小電阻前隔離開關K1采用可投切小電阻接地方式運行，也可同時合上可投切開關作為小電阻接地方式運行。當作為可投切小電阻接地方式運行時，正常時可投切開關是打開的，對于瞬時接地故障由于接地電容電流較小，大多可自行熄弧恢復絕緣，若經過一段時間（時間根據電網情況可自行設定）沒有熄弧演變為永久故障時，則合上可投切開關由不接地切換至小電阻接地運行方式利用線路的零序保護切除故障線路，待故障切除后在打開可投切開關恢復正常運行狀態。如此可極大提高故障線路的選擇準確率（基本上可達到100%的選擇正確率），避免因切錯無故障線路導致停電范圍擴大和停電次數增加，降低調度及運維壓力。中性點并聯的另一組隔離接地開關K2則用于在未來變電站接入的架空配電線路增加后，單相接地故障電容電流大于10A時，可在較短停電或不停電的情況下安裝并聯的消弧線圈裝置，以形成消弧線圈并小電阻接地形式。

在變電站建成，并按初期接線形式完成配網中性點接地后，則可根據后期配網的發展情況來適時判斷是否需要再安裝并聯的消弧線圈裝置。若后期由于城市范圍的擴大或配網系統的升級，變電站新建的配網線路以電纜線路為主，并且網架較強無需線路帶接地故障運行，則變電站中壓配網的中性點接線所采用的初期接線形式就直接演變為終期接線，不再做調整。若后期新接入變電站的配網線路還是以架空線為主，并且單相接地故障電容電流超過了10A，則此時可在初期接線的基礎上，在隔離開關K2下接入消弧線圈后完善消弧線圈并小電阻的接地形式，最終形成終期接線形式。采用這一靈活的配網中性點接地設計方案的一個重點及難點在于初期對接地變容量的選擇。為了避免后期更換接地變及造成停電，最優的方案即是在初期接線時接地變的容量就能夠滿足后期可能的消弧線圈接入的要求，以避免后期接入消弧線圈時對接地變的更換。

5 結論

通過采用這一靈活的配網中性點接地設計方案，我們可以在電網規劃設計階段就能夠保證變電站配網中性點接地方式的足夠靈活及適應未來變化的能力，避免了配網形式預測錯誤及后期配網形式出現較大變化情況下對中性點接地方式進行改造的投資浪費、減少停電時間及避免改造風險。

參考文獻：

[1] GB/T 50064-2014，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范[S]。

（作者單位：云南恒安電力工程有限公司）