试论10kv 配电网中性点的接地方式

魏学平

【摘要】在我国的10kV 配电系统中, 中性点的接地方式基本上有三种:中性点绝缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。这三种接地方式各有优缺点,特别对于小电阻接地和消弧线圈接地方式孰优孰劣问题,一直存在不同的观点。本文分别介绍了几种接地方式的优缺点，并提出了接地补偿的方式，为市民提供可靠的供电。

【关键词】10kv配电网;中性点;接地方式

1.10kv配电网中性点几种接地方式的优缺点分析

1.1中性点不接地

10kV 配电网中大多采用中性点不接地的方式,它的优点是发生单相接地后,允许维持二小时左右的运行时间,不致于引起用户断电,可以满足供电的要求。因为,这种接地方式在运行当中如发生了单相接地故障,由于流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流,当10kV配电系统Ijd 限制在10A以下时,接地电弧一般能够自动熄灭,此时虽然健全相电压升高,但系统还是对称的,故可允许带故障连续供电一段时间(规程规定为2小时),相对地提高了供电可靠性。而且这种接地方式不需任何附加设备,只要装设绝缘监察装置,以便发现单相接地故障后能迅速处理, 避免单相故障长期存在发展为相间短路故障。但随着配电网的扩大,电缆线路的增多,系统对地电容电流增大到一定数值后上述优点就不再明显,并带来下述系列问题:

(1)当配电网发生接地后,由于接地电弧不能熄灭,导致相间短路,造成用户停电和设备损坏事故。

(2)当发生断续性弧光接地时,会引起较高的弧光过电压,一般为3.5倍相电压,波及整个配电网,使绝缘薄弱的地方放电击穿,引起设备损坏和停电的严重事故。

(3)配电网长时间谐振过电压现象比较普遍,这种铁磁谐振过电压幅值并不高,但持续时间长以低频摆动,引起绝缘闪烙或避雷器爆炸,或在互感器中出现过电流引起熔断器熔断等故障。

(4)在架空线与电缆头下方有靠近线路的树木时,则在刮风下雨时会引起单相接地,导致相间短路跳闸停电事故。

(5)由于目前普遍使用的小电流接地系统选线装置的选线准确率比较低,还未能够准确地检测出发生接地故障的线路。发生单相接地故障后,一般采用人工试拉的方法寻找接地点,因此会造成非故障线路的不必要停电。

《电力设备过电压保护设计技术规程》中规定:3-10kV电力网,当单相接地故障电流大于30A时,应装设消弧线圈。规程认为电流小于30A时,电弧能够自熄,但在架空线与电缆混合电网中,当单相接地电容电流大于11.75A时电弧就不能熄灭,针对上述情况,如在10kV系统中借鉴35kV电网中采用消弧线圈,这必定是一种有效的措施。

1.2中性点经小电阻接地

中性点经小电阻接地方式, 即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻, 该方式可认为是介于中性点不接地和中性点直接接地之间的一种接地方式, 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。采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制弧光接地过电压。中性点经小电阻接地方式中,一般选择电阻的值较小(工程上一般选取10~20Ω)。在系统单相接地时,控制流过接地点的电流在10A~500A之间, 通过流过接地点的电流来启动零序保护动作,因此可快速切除线路单相故障。中性点经小电阻接地的特点有:

(1)中性点经小电阻接地系统可以配置零序过流或限流速断保护。当系统发生单相接地故障时, 故障线路的零序保护可在(0.5~2.0)sec 切除故障。根据北京、上海等地的运行经验,零序保护动作准确率在95%以上,可及时切除故障线路。

(2)由于电阻是耗能元件同时也是阻尼元件, 相当于在谐振回路中串接一个阻尼电阻，由于电阻的阻尼作用，可以限制谐振过电压的形成。试验表明，当接地电阻值R≤1500Ω，基本上可以消除系统内的各种谐振过电压。

(3)在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中，健全相的过电压水平可超过3倍相电压，对设备的绝缘水平造成一定的危害。在小电阻接地系统中，当接地电弧第一次自动熄灭后，系统的对地电容的残余电荷将通过小电阻及时泄放，因此过电压幅值不高，不会产生很高的过电压，健全相的过电压低于3倍相电压，因此一般不会危及设备的绝缘。

1.3中性点经消弧线圈接地

消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当电网发生单相接地故障时，其作用是提供一个感性电流，用来补偿单相接地的容性电流。采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小（10A以下）到能自行熄弧范围，因接地电流电容电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障，按规程规定系统可带单相接地故障运行2h。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，高于中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地的特点有：

(1)故障点接地电弧可自行熄灭，提高了供电可靠性。由于消弧线圈的感性电流对故障容性电流的补偿，使单相故障接地容性电流在10A以下，因此接地电弧可以自行熄灭并避免重燃。

(2)可降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高，减少了跨步电压和接地电位差，减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。

(3)传统的消弧线圈需要人工进行调谐，不仅会使电网短时失去补偿，而且不能有效地控制单相接地的故障电流。自动跟踪补偿消弧线圈装置则能够随电网运行方式的变化，及时、快速地调节消弧线圈的电感值，当系统发生单相接地时，消弧线圈的电感电流能有效地补偿接地点的电容电流，避免了间歇性弧光接地过电压的产生。

2.中性点接地方式的选择

中性点不接地系统具有供电可靠性高，对人身及设备有较好的安全性，通讯干扰小，投资少等优点。比较适合用于系统不大，网络结构比较简单，运行方式变化不大的系统。中性点经小电阻接地，主要优点是过电压小，系统电缆可以选择较低的绝缘水平，以节省投资。对于架空线路为主的系统，由于单相接地大多数为瞬时故障，而这种接地方式不分单相多相故障的性质一律跳闸；对以电缆为主的配电网，由于电缆很少发生单相接地瞬时故障，比较适宜采用经小电阻接地方式。

3.10kv配电网接地补偿的方式

为适应10kV 配电网采用消弧线圈接地补偿的需要，同时也能满足变电站动力与照明混合负载的需要，选用Z 型接线的变压器即ZN，yn11连接的变压器，由于变压器采用Z 型连接，使零序磁通产生的附加损耗大为隆低，且具有较低的零序阻抗，把它作为中性点接入消弧线圈，不仅使变压器容量得到充分利用，而且可以作为站用变使用。另外，高压中性点上安装有氧化锌避雷器，对限制配电网过电压也起到一定的作用。其次在工程设计中可减少变电站的占地面积，节省投资，一般接地补偿系统经开关接入母线，又经电缆至Z型变压器，可以布置在室内亦可布置在室外。在变电站内初步采用了上述结构的自动跟踪调谐接地补偿装置，这种装置能在过补、全补或欠补偿状态下运行，电网电容电流有在线监测，电容电流变化后微机发出指令自动进行调整，而且能显示出位移电压、残流等参数。由于其结构简单，调整方便，不但为无人值班站创造条件，而且为配电网广泛采用接地补偿装置提供了方便。[科]