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1、1浅谈 10kV 配电网中性点接地方式及其选择 摘要：本文通过对三种不同接地方式的比较，阐述了不同接地方式的特点，提出了应结合实际 电网结构和发展来选择合理中性点的接地方式。 关键词：10kV 配电网；中性点；接地方式1、引言10kV 配电网中性点接地方式是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题,它与供电可靠性、 人身安全、设备安全、继电保护、绝缘水平,过电压保护、电磁兼容、经济性等问题有密切关 系,对电力系统的设计与运行有着重大影响。10kV 配电网安全可靠供电要求高,其供电电缆化 程度不断提高,电容电流不断增大,这都需要我们对其中性点接地方式进一步进行分析探讨。10kV 配电网的中性点接地方
2、式存在多种形式,各有利弊,所以需要寻求适合电网特点的安 全可靠、经济合理的中性点接地方式。2、三种不同接地方式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。（1）中性点不接地方式中性点不接地方式是我国 10kV 配电网采用得比较多的一种方式。该接地方式在运行中,若 发生单相接地故障,流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流,其值很小,若是瞬时故障,一般 能自动消弧,对于永久性故障，需装设绝缘监察装置,以便及时发现单相接地故
3、障,迅速处理,避 免故障发展为两相短路,而造成停电事故。因此, 中性点不接地属于小电流接地, 其优点有: ( 1)结构简单,运行方便,不需任何附加设备,投资省。 ( 2) 在运行当中如发生了单相接地故障，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。但其缺点有: ( 1) 由于中性点不接地方式中性点对地是绝缘的，当发生弧光接地时，电弧反复熄灭与重燃, 由于对地电容中的能量不能释放，因此会产生弧光接地过电压，其值一般可达 23.5Uxg，会 对设备绝缘造成威胁。 ( 2) 由于目前普遍使用的小电流接地系统选线装置的选线
4、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。 ( 3) 同时系统存在电容和电感元件, 在一定的条件下, 由于倒闸操作或故障, 很容易引发线 性谐振或铁磁谐振。（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，原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，而采用 此种方式，用以泄放线路上的过剩电荷，来限制此种过电压。中性点经小电
5、阻接地方式中,一 般选择电阻的值较小(工程上一般选取 1020)。在系统单相接地时,控制流过接地点的电流2在 10500A 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。因此, 中性点经小电阻接地属于大电流接地, 其优点有: （）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,由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检出接 地故障线路，故障接地线路的零序保护可在(0.52.0)sec 切除故障。根据电网的运行经验, 零序保护动作准确率在 95%以上,可及时切除故障线路，可以有效防止非瞬时性单相接地故障 发
6、展成相间短路故障;能把双重接地( 异相故障) 的概率降至最低限度。 （）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 R1500,基本上 可以消除系统内的各种谐振过电压，电阻值越小，消除谐振的效果越好。 （）有利于降低操作过电压,中性点经小电阻接地的配电网发生单相故障时,零序保护动 作,可准确并迅速地切除线路的故障。如果发生接地故障的线路是电缆线路，由于电缆线路故 障一般是永久性故障，可对电缆线路不投线路重合闸，不会引起操作过电压；如果发生单相接 地故障的线路是架空线路,由于架空线路发生单相接地故
7、障较多,在故障跳闸后,线路还将重合 一次,根据运行经验和实测表明,无论重合闸是否成功,线路重合过程中不会引起明显的操作过 电压。 （）可以降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压小于 3 倍相电压，且持续时间 很短。 （）有效地限制弧光接地过电压，在中性点经电阻接地的配网中，当接地电弧第一次自 动熄灭后，系统对地电容中的残荷将通过中性点小电阻及时泄放掉，在下一次燃弧时其过电压 幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，因此过电压幅值不高,不会产生很高 的过电压。中性点电阻阻值越小，泄放残荷越快。适当选择中性点电阻值，可以将过电压倍数 限制在 2.8 倍相电压以下。 （）在中性点不接地
8、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,对设备的的绝缘水平造成一定的危害。在小电阻接地系统中,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。 （）系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐 压水平可以按相电压来选择,能降低设备绝缘水平, 节省投资。 （）有利于提高系统安全可靠运行水平。由于系统的工频电压升高和暂态过电压倍数较 低，对采用常规标准的设备则安全可靠性和设备使用寿命有所提高。 （）在低电阻接地系统发生接地故障时，当故障电流达到零序保护动作值时可以在很短 时间内动作，将电源切除，这就大大降低了人员接触带电故障设
9、备的机会。 （）电网运行方式灵活, 不受电容电流变化的影响。 （）能便于在系统中使用无间隙氧化锌避雷器, 从而降低雷电过电压幅值。 （）能限制系统中性点电位偏移。但其缺点有: （）采用中性点经小电阻接地,当系统发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永 久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电 的可靠性下降。 （）当架空绝缘导线断线,裸导线断线接触的是沙砾、沥青、混凝土等干燥地面时,由于 接地电流小,零序保护由于灵敏度原因可能不动作,会导致一定程度的安全事故。 （）当发生金属性接地时，由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时， 将使接地点及附
10、近的电气设备将受到动、热稳定的考验，绝缘受到更大的危害，导致相间故障 发生。3（）接地故障电压由过去的百伏左右剧增到 2 000 3 000 V, 该电压经变电站或配电 间共用的接地系统沿低压线传导到用户的电气设备上,低压设备的绝缘, 将因承受不了如此高 的电压而很容易被击穿短路。 （）中性点经低电阻接地系统，在发生单相接地故障时，故障点流过的电流远大于谐振 接地和不接地系统，故障点的高温电弧、跨步电压和接触电压对人和动物构成较大威胁。当故 障电流达不到零序保护动作值时，则对人身安全更加不利。 （）中性点经低电阻接地系统，对通信、电子设备干扰大，综合投资相对较高。（3）中性点经消弧线圈接地采用
11、中性点经消弧线圈接地方式,即在中性点和大地之间接入一个消弧线圈,消弧线圈是一 种铁心带有空气间隙的可调电感线圈,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。 消弧线圈是由德国人 Petersen 在 1916 年提出的,运行经验表明，其广泛适用于
12、中压电网，在 世界范围有德国、中国、前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压 电网的安全经济运行水平。因此, 中性点经消弧线圈接地属于小电流接地, 其优点有: （）可以减少间隙性弧光接地过电压的发生概率,单相接地时不破坏系统对称性，可以 带故障运行一段时间，以便查找故障线路。 （）可以根除电压互感器铁芯饱和过电压,操作过电压一般能抑制在 2.8 倍相电压以下。（）利用消弧线圈的感性电流对电网的对地电容电流进行过补偿，使单相接地故障电流 限制在 10 安培以内，对人身安全有利。 （）接地故障电流小, 降低了电网绝缘闪络的建弧率, 减少了线路跳闸率; （）瞬时性单相接地故障点电
13、弧可以自熄，熄弧后故障点绝缘可以自行恢复避免重燃， 提高了供电可靠性。 （）降低接地工频电流(即残流),降低了地电位,可以减小跨步电位差和接地电位差，故 障点耗散功率小，电磁兼容性好, 减少了对低压设备的反击以及对通讯等信息系统的干扰，运 行管理比较简单，适应现代城市的发展等。 （）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。 微机控制自动跟踪补偿技术的应用, 使得消弧线圈装置在技术上更 加完善合理, 能实时监测电容电流、残流、位移电压等, 随电网运行方式的变化及时、快速调 整消弧线圈分接头, 当系统发生单相接地时,消弧线圈的电感电流能有效
14、地补偿接地点的电容 电流, 对减少相间短路故障, 稳定电网运行, 提高供电可靠性更有利。 （）限制电缆故障的发生和扩大。根据美国统计，电缆故障的 66%是由外皮向内部发展 的。电缆本体对地绝缘能力的丧失是一个逐渐发展的过程。采用自动跟踪消弧线圈接地方式对 三相对地导纳的不平衡十分敏感，可以在故障起始阶段便能被反映出来。如果处理及时，就可 防止绝缘被击穿。万一击穿，由于故障点的残余电流很小，很难形成相间短路事故。但其缺点有: （） 由于消弧线圈伏安特性非线性所带来的附加接地残流, 再考虑到其它因素( 级差、 测量准确性和零序有功分量) 的影响, 偏差可能较大; （） 由于主变压器 10 kV 侧
15、一般采用 v 接法, 如果采用消弧线圈, 一般都要加装接地 变压器。一般来讲, 消弧线圈容量越大, 要求接地变压器的零序阻抗越小, 然而接地变压器零 序阻抗越小, 其造价越高;4（） 不能补偿谐波电流, 特别是 5 次谐波; （） 用正弦波的电容电流去抵消非正弦波的电弧电流时, 无法抵消其高频分量部分, 且随着配电网的电容电流增大, 消弧线圈的容量也须增大,采用跟踪范围有限的自动调谐, 在 机械寿命、响应时间、调节限位等方面都难以满足这种频繁、适时的大范围调节的需求; （） 电力电缆不能自恢复绝缘, 单相接地故障为永久性故障, 消弧线圈对此不能充分 发挥作用。 经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过
16、电压出现的概率, 不能消除也不能降低其幅 值, 这样就可能将系统中绝缘薄弱设备的绝缘击穿甚至导致设备爆炸。因此, 需要另加装过电 压保护装置, 将其改造成消弧及过电压保护接地方式。而其过电压保护动作值须针对弧光接地 过电压和谐振过电压的幅值而设置。 （）单相接地故障时，非故障相工频电压最高升到 3 相电压。对于电容电流很大的配电 网，如果通过补偿要使单相接地故障电流残流小于 10 安培，就必须使系统保持较小的脱谐度， 系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，容 易使中性点电压偏移超过规程允许值。3、中性点不同接地方式的选择到目前为止,如何确定 10kV 配电网中性点接地方式尚没有统一标准。普遍的共识是中性点 接地方式的选择必须同时兼顾电网的过电压现象、电气设备的绝缘水平、电网运行的连续行和 可靠性、继电保护装置的灵敏性以及对通信系统的干扰等因素,因经过综合分析、全面权衡而 后取舍。以架空线路为主的辐射型配电网，应继续保持中性点不接地的运行方式；当单相电容电流
