客运专线10 kV电力贯通系统中性点接地方式的探讨

赵大伟 上海铁路局调度所

铁路电力系统是为铁路内除牵引供电外各设施供电的。铁路供配电系统一般是从地方变电站接引两路10 kV（35 kV）电源,通过铁路变配电所向铁路车站、区间负荷供电。铁路变配电所的间距为40 km～60 km,个别区段长达70 km～80 km。高速铁路区间每隔3 km左右有一处负荷点,负荷类型为通信、信号、牵引变电所所用变、接触网开关、防灾设备、区间摄像机、照明等。从电力变配电所送出2条10 kV电力线路,沿铁路敷设向其供电。该电力线路一条称一级负荷贯通线,另一条称综合负荷贯通线。

铁路电力系统中性点接地方式,是指电力系统中变压器中性点与地的连接方式(三相星形连接的点)。根据中性点接地方式不同，共分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地、中性点直接接地四种方式。中性点的运行方式不同,其技术特性和工作条件也不同,对运行的可靠性、设备绝缘、保护措施等的影响和要求也不一样。

目前我局合武线电力系统采用中性点不接地方式，合宁线采用中性点经消弧线圈接地方式，甬台温、温福、沪宁、沪杭客专线采用中性点经小电阻接地方式。中性点直接接地方式，单相接地时可能发生感应电压危及工作人员人身安全或引起信号装置误动作，对弱电流通讯系统干扰大等缺点，且无明显的优点，因此客运专线不采用直接接地系统，故本文对此系统不做分析。本文就局管内其它三种不同接地方式在运行中的特点做一比较和探讨。

1 中性点不接地系统

如图1（合武线）所示，"不接地"是指电力系统中性点与地之间没有任何形式的实质性连接。但实际上系统的三相与地之间是存在分布电容的,也就是说中性点不接地是经过集中于电力变压器的等值电容接地。

图1 合武线中性点不接地系统示意图

该电力系统具有如下的优点：

(1)发生单相接地故障时，单相接地不形成短路回路，线电压仍保持对称不变，接地电流小，对用户用电不产生影响。按照《铁路电力管理规程》规定可以继续运行2 h，从而获得排除故障的时间，相对地提高了供电的可靠性。

(2)因接地电流小，对铁路系统通讯干扰比较小。

但也有如下的缺点：

(1)单相接地故障时，非故障相对地工频电压升高1.73倍，若不能及时检出故障点，系统长时间运行在线电压下，设备极易损坏。在间歇性电弧接地故障时，产生弧光过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。

(2)电缆发生单相接地时，不能及时断开故障线路，可能引起火灾或引起人身触电事故。

(3)不接地系统的中性点电位升高。不接地系统在发生单相接地故障时,非故障电压上升为线电压,中性点电压上升为相电压。需要中性点具有相电压的绝缘水平，由于目前很多主变选用的是分级绝缘变压器，这样就增加了一次投资。

2 中性点经消弧线圈接地

图2 合宁线中性点经消弧线圈接地示意图

如图2（合宁线）所示，消弧线圈是一台带有间隙的分段铁芯可调线圈。中性点经消弧线圈接地是指在电力系统中性点和地之间串接一可调电抗器。

该电力系统具有如下的优点：

(1)能自动跟踪网络电容电流，确保故障点接地残流小于10 A，从而使故障点电弧可以自熄。在电容电流100 A以下的系统中，容易得到理想的补偿效果（消弧线圈补偿效果好坏的关键在于消弧线圈对系统电容电流的跟踪性能）。

(2)单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行，以便查找故障线路。消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时可继续运行2 h。

(3)因降低了接地残流和地电位升高，跨步电压和接触电压较小，对人身安全的危害较小。

但也有如下的缺点：

(1)中性点经消弧线圈接地时，宜采用专用变压器构成中性点。因此要设置单独的接地变压器，增加投资。但目前合宁线上采用的是接地变压器兼做所用变。

(2)消弧线圈接地系统的有约2倍于正常工作电压的操作过电压；同时不能排除3～4倍于正常工作电压的弧光过电压；单相接地故障时，非故障相对地电压升高至线电压或更高，对于全电缆系统，可能在电缆绝缘老化处或轻微受损处造成击

穿，产生新的故障。

(3)中性点经消弧线圈接地方式，由于单相接地故障电流较小，实现选择性接地继电保护比较困难，零序保护动作不灵敏，难于快速切除故障线路。

(4)采用消弧线圈接地,10 kV电缆采用8.7/10型 ,而采用小电阻接地，10 kV电缆可采用6/10型,每公里电缆多投资大约1.2万元。小于线电压，且持续时间很短。

(3)在中性点经电阻接地方式中，一般选择的电阻值较小（如沪杭客专要求保证配电所接地网电阻值不大于1 Ω，电阻柜电阻值小于10 Ω），在系统单相接地时，系统中的小电阻是阻尼元件，小电阻与故障线路之间形成回路，充分利用小电阻的耗能功能,将系统中的电容电流迅速泄放，同时回路中的电流将迅速启动零序保护，准确及时（0.2 s～2 s）地将故障线路中的断路器跳闸,将线路故障从系统中切除。这将大大降低人身接触故障部位的机会，避免发生人身伤害事故。

但也有如下的缺点：

(1)小电阻接地运行方式，显著增加了跳闸次数（因为无论是永久性还是瞬时的，都跳闸），降低了供电可靠性。然而由于客运专线电力系统，把一级贯通和综合贯通馈出的重合闸和备自投功能都取消了，且电缆故障多为永久性故障，故采用小电阻接地方式的电缆线路不会使跳闸次数明显增加，能保证供电可靠性。

(2)在小电阻接地系统单相接地时，接地电流较大，系统中单相接地故障电流会对通信产生干扰。电力电缆应避免与通讯电缆同沟敷设（主要是磁场耦合）。

综上所述，三种接地方式的比较详见表1。

表1 三种接地方式的技术比较

3 中性点经小电阻接地系统

图3 沪宁、沪杭客专中性点经小电阻接地系统示意图

如图3（沪宁、沪杭客专）所示，中性点经电阻接地系统即在中性点和大地之间接入一定电阻值的电阻（采用调压器副边中性点经小电阻接地）。

该电力系统具有如下的优点：

(1)谐振过电压较中性点不接地和中性点经消弧线圈接地方案都低。

(2)可以降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压

到目前为止，我局几条已经投入使用的客运专线铁路电力贯通系统均发生过电缆单相接地等故障，但造成的后果却不尽相同。合武客专采用不接地方式，电缆单相接地后，断路器不跳闸，系统长期运行在故障状态下，发生过烧毁电缆或烧毁电力变压器的事件，扩大了事故范围。温福、甬台温客专采用经小电阻接地方式，贯通电缆单相接地后，断路器迅速跳闸，事故没有进一步扩大。上述所有电缆接地故障事后检查确认均为永久性故障，均需进行停电抢修。而外局武广客专10kV电力系统早期采用经消弧线圈的接地方式，也发生过电缆单相接地，系统长期运行在非正常状态下烧毁变压器的事件，后武广客专改为小电阻接地方式。

在此要着重讲的是，以上三种接地方式在我局客运专线中都有应用，在工作中要区分三种方式的异同，避免相互混肴。特别是既有所与新建所接地方式不同又相互备供的要格外引起注意。如合宁线上的新建的黄庵10 kV配电所和既有合肥东35/10 kV变配电所，黄庵10 kV配电所为消弧线圈接地系统，合肥东35/10 kV变配电所为不接地系统，因此黄庵至合肥东贯通线无法简单地实现自动投切。当合肥东（至黄庵所）为二贯主供时，采用不接地系统运行方式，在黄庵至合肥东二贯线路上设有四套分散设置的固定电抗器以补偿电容电流。二贯上采用不接地系统时，固定电抗器接线方式为星性接线，中性点接地。当黄庵所（至合肥东）为二贯主供时，采用消弧线圈接地系统运行方式，固定电抗器接线方式为星形接线，中性点不接地。

4 结束语

经调压器供电的10kV贯通线路：

（1）根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)规定：3 kV～10 kV不直接连接发电机的系统和35 kV、66 kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需要在接地条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：3 kV～10 kV电缆线路的系统，30A。当系统接地故障电容电流小于30 A时，为节省投资，中性点可采用不接地系统，故障电容电流通过中性点接地电抗器补偿。但客专电力接地故障时故障记录表明，电容电流都在50 A以上，故中性点不接地系统不适合客专电力系统。

（2）当系统接地故障电容电流小于150 A时，可采用低电阻接地方式或消弧线圈接地方式；当系统电容电流大于150 A时，宜采用低电阻接地方式（参考GB《城市配电网技术规范》（送审稿）规定，并结合现场运行经验）。但现在新建的铁路客运专线一级贯通、综合贯通一般采用单芯电缆形式,单芯电缆优势就是弯曲半径小,适合客运专线桥梁及路基的预制电缆沟内敷设,缺点就是容易发生单相电缆故障，接地时电容电流大，和消弧线圈接地方式供电系统相比，小电阻接地装置的引入,有效地防止了电缆单芯出现故障时造成的损失扩大,因此客运专线电力系统安装小电阻接地装置极大地提高了电力系统的运行可靠性。故采用全单芯电缆线路的客运专线铁路10 kV电力贯通系统宜采用中性点经小电阻接地的方式。中性点经小电阻接地时，可采用调压器副边中性点经小电阻接地方式。