10KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的合理選擇

范吉鈺 李然 蘇沛

1，鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校,河南鄭州 450007；2，鄭州供電公司,河南鄭州 450006

10KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的合理選擇

范吉鈺1李然1蘇沛2

1，鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校,河南鄭州 450007；2，鄭州供電公司,河南鄭州 450006

本文探討10KV配電網(wǎng)各種中性點(diǎn)運(yùn)行方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合各地運(yùn)行現(xiàn)狀，提出因地制宜、合理選擇中性點(diǎn)運(yùn)行方式的思路。

中性點(diǎn)不接地；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地；中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

配電網(wǎng)（Distribution Network）是指在電力網(wǎng)中起電能分配作用的網(wǎng)絡(luò)，通常是指電力系統(tǒng)中二次降壓變壓器低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)。

三相交流電力系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地之間的電氣連接方式，稱為電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式。中性點(diǎn)接地方式涉及電網(wǎng)的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)直接影響系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護(hù)方式、通訊干擾等[1]。

1.中性點(diǎn)不接地

根據(jù)我國的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，10kV電力系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地方式。

系統(tǒng)正常或發(fā)生單相接地時(shí)，三個(gè)線電壓保持對(duì)稱，并且接地點(diǎn)僅流過很小的電容電流（也稱為小接地電流系統(tǒng)），接地點(diǎn)一般不發(fā)生電弧，三相用電設(shè)備能正常工作，允許繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，供電可靠性高。

這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，其它兩條非故障相對(duì)地電壓升高到線電壓，是正常時(shí)的倍，因此絕緣要求高，增加絕緣費(fèi)用。

處理單相接地最困難的是找出接地點(diǎn)，過去多用“試?yán)钡姆椒?，一路一路地停，拉到哪路，接地信?hào)消除了，就是這路有問題，然后再由人工進(jìn)行查找；查找主要憑借經(jīng)驗(yàn)，無法實(shí)現(xiàn)選擇性切除故障。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，特別是電纜線路的比例逐年增多，而電纜線路比同等長度架空線路的電容電流大25A（三芯電纜）～50A（單芯電纜），導(dǎo)致對(duì)地電容電流劇增，建弧率明顯增大[2]。對(duì)10kV電網(wǎng),若線路總長不超過1000km，其接地電流將不超過30A，35kV線路若總長不超過100km，其接地電流將不超過10A，這種電弧不足以穩(wěn)定燃燒，弧光在交流電壓升高到一定值時(shí)發(fā)生，在電壓接近過零時(shí)熄滅，周而復(fù)始，形成周期地熄滅與重燃的間隙電弧，持續(xù)的電弧造成周圍空氣的游離，破壞了空氣的絕緣，電弧的反復(fù)熄滅與重燃，也是反復(fù)向電網(wǎng)電容充電的過程，由于電容能量不能釋放，每個(gè)循環(huán)使電容電壓升高一個(gè)臺(tái)階，引起弧光接地過電壓。發(fā)生單相弧光接地時(shí)過電壓的最大值理論上將達(dá)到：Umax=1.5Um+(1.5Um-0.7Um)=2.3Um，實(shí)測結(jié)果顯示過電壓幅值高達(dá)正常相電壓幅值的3～3.5倍。這樣高的過電壓如果數(shù)小時(shí)作用于電網(wǎng)，勢必會(huì)造成電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成絕緣對(duì)地?fù)舸?，進(jìn)而發(fā)展成為相間短路事故?；」饨拥剡^電壓還會(huì)使電壓互感器發(fā)生飽和，激發(fā)鐵磁諧振過電壓，由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響越來越大。例如北京供電局在1998年7～10月，由于10kV系統(tǒng)單相接地而引發(fā)的事故便達(dá)4起，產(chǎn)生的過電壓有的造成全站停電，影響重要用戶供電，有的造成主變壓器損壞、開關(guān)柜燒毀和避雷器爆炸等。

從諸多10kV系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)來看，系統(tǒng)單相接地引發(fā)的電網(wǎng)事故愈來愈多，過電壓發(fā)生的概率越來越高，由于過電壓造成的事故在整個(gè)電氣事故中所占的比例也越來越大，最初采用的中性點(diǎn)不接地方式受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)電容電流超過《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定值(3～10kV電網(wǎng)為30A；20kV及以上電網(wǎng)為10A)時(shí)，電弧不易熄滅，中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地。

在正常情況下，三相系統(tǒng)是對(duì)稱的，中性點(diǎn)電流為零，消弧線圈中沒有電流通過。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過接地點(diǎn)的電流是接地電容電流與流過消弧線圈的電感電流之和，二者方向相反，互相補(bǔ)償，從而達(dá)到限制接地電流、避免在接地點(diǎn)形成弧光的作用，也避免了過電壓的產(chǎn)生。

適當(dāng)選擇消弧線圈的感抗，可以將接地點(diǎn)電流減小到很小，所以這種方式也屬于小接地電流系統(tǒng)，具有故障跳閘率低、供電可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。它處理故障依然是“試?yán)狈?，無法保證選擇性。

在我國諸多電網(wǎng)，特別是一些大型工礦企業(yè)的10kV系統(tǒng)都進(jìn)行了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的改造，技術(shù)可行，經(jīng)驗(yàn)成熟，運(yùn)行可靠，是行之有效的方式。

但是，消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍有限，往往不適合投入初期和終期負(fù)荷變化的需要，而且消弧線圈各分頭的標(biāo)稱電流與實(shí)際電流相差較大，運(yùn)行中會(huì)因此而發(fā)生諧振現(xiàn)象，特別是計(jì)算電容電流在實(shí)際操作上很困難，計(jì)算數(shù)值往往與實(shí)際數(shù)值相差很大很難保證補(bǔ)償適當(dāng)，當(dāng)單相接地故障點(diǎn)殘流仍大于10A時(shí)，接地電弧不能自熄，仍產(chǎn)生較高倍數(shù)的弧光接地過電壓，更為嚴(yán)重的是，有可能造成消弧線圈欠補(bǔ)償，形成諧振過電壓，從而產(chǎn)生副作用。消弧線圈也無法補(bǔ)償諧波電流，而目前有些城市或工廠中的諧波電流所占比例達(dá)到5%～15%，僅諧波電流就足以支持電弧穩(wěn)定燃燒[3]。這些因素都使得消弧線圈沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，形同虛設(shè)。

消弧線圈接地方式的使用是否成功很大程度上取決于消弧線圈、跟蹤系統(tǒng)、選線裝置本身的可靠性，因此必須加強(qiáng)消弧線圈的管理工作，以取得良好的運(yùn)行效果。

3.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

在交流電網(wǎng)中，特別是以電纜供電的網(wǎng)絡(luò)，中性點(diǎn)采用電阻接地日益廣泛。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)，就是在中性點(diǎn)與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配網(wǎng)中，當(dāng)接地電弧熄弧后，系統(tǒng)對(duì)地電容中的殘荷將通過中性點(diǎn)電阻泄放掉，所以當(dāng)發(fā)生下一次燃弧時(shí)其過電壓幅值和從正常運(yùn)行情況發(fā)生單相接地故障的情況相同，不會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓，可以有效地限制弧光接地過電壓。中性點(diǎn)電阻也相當(dāng)于在諧振回路中的系統(tǒng)對(duì)地電容兩端并接的阻尼電阻，由于電阻的阻尼作用，基本上可以消除系統(tǒng)的各種諧振過電壓。試驗(yàn)表明，只要中性點(diǎn)電阻不是太大(不大于1500Ω),均可以消除各種諧振過電壓，電阻值越小，消除諧振的效果越好。

城網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式，國外早已運(yùn)行，如日本采用高阻抗接地方式，美國主要采用中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地方式，法國以低電阻接地方式居多。我國九十年代初已開始因地制宜在10kV城網(wǎng)中推廣中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地方式，如今在上海、南京、廣州、深圳等一批城市得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，另外許多城市也進(jìn)行了中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的改造工作。

我國現(xiàn)在還沒有規(guī)范對(duì)中性點(diǎn)電阻的選擇作出明確的規(guī)定。中性點(diǎn)電阻值的選擇必須根據(jù)電網(wǎng)的具體條件，要考慮限制間隙性弧光接地過電壓的倍數(shù)、繼電保護(hù)的靈敏度、對(duì)通訊線路的干擾、接觸電壓及跨步電壓等因素，分析比較，按綜合效果最佳的原則選擇。

中性點(diǎn)經(jīng)高值電阻接地系統(tǒng)是限制接地故障電流水平為10A以下，以限制由于間歇性電弧接地故障時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓。一般適用于某些小型6～10kV配電網(wǎng)和發(fā)電廠用電系統(tǒng)。

中性點(diǎn)經(jīng)中值電阻接地系統(tǒng)，接地故障電流控制在50～100A，仍保留了內(nèi)過電壓水平低、地電位升高不大、正確迅速切除接地故障線路等優(yōu)點(diǎn)，但也具有切除接地故障線路間斷供電等缺點(diǎn)。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)與零序過電流保護(hù)或限時(shí)速斷電流保護(hù)配合，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的零序保護(hù)動(dòng)作，在0.5～2.0秒內(nèi)跳開本線路的斷路器。深圳市城市電網(wǎng)自1996年開始實(shí)施10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)15Ω小電阻接地方式，至2000年已有城區(qū)20多個(gè)220kV、110kV變電站、70多套中性點(diǎn)電阻柜運(yùn)行，經(jīng)過四年多運(yùn)行檢驗(yàn)，零序保護(hù)動(dòng)作近500次，統(tǒng)計(jì)分析證明，零序保護(hù)動(dòng)作正確率達(dá)99%以上，配電設(shè)備重大或特大事故大幅降低。北京、廣州等地的變電所則采用9.9Ω的小電阻接地方式，降低了瞬態(tài)過電壓幅值，并使靈敏而有選擇性的故障定位的接地保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)。北京供電局、廣州供電局、深圳供電局經(jīng)過事故統(tǒng)計(jì)分析證明，采用小電阻接地方式后人身安全事故也有大幅度的下降。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于由于接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障發(fā)生。此外當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無論是永久性的還是非永久性的，保護(hù)裝置均作用于跳閘，使線路的跳閘次數(shù)大大增加，影響了用戶的正常供電，供電可靠性下降。

綜上所述，幾種中性點(diǎn)接地方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般地，以架空線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)，以系統(tǒng)電容電流是否大于10A來確定，選用中性點(diǎn)不接地或自動(dòng)跟蹤消弧線圈接地方式；以電纜線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)，系統(tǒng)電容電流較大，一般可選用小電阻接地方式，犧牲一些供電可靠性，來防止擴(kuò)大事故；以架空和電纜混合線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)，兼顧架空和電纜線路的特點(diǎn)，使配網(wǎng)的接地方式選擇在自動(dòng)跟蹤消弧線圈和小電阻兩種方式上左右為難，例如上海35kV和10kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式就有經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻器接地兩種方式，北京的10kV電網(wǎng)也是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和電阻器接地并存，主要是從本網(wǎng)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)電壓等級(jí)的高低、系統(tǒng)容量的大小、線路的長短和運(yùn)行氣象條件等因素經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較來確定，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)，權(quán)衡利弊、因地制宜地選用，以達(dá)到較好的工程效果，而不應(yīng)按電壓等級(jí)“一刀切”。

[1]陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析(第三版).中國電力出版社,2007

[2]李明，王斌.配電網(wǎng)中性點(diǎn)電阻接地方式和消弧線圈接地方式比較.[J]天津電力技術(shù)，2011,（1）

[3]曹冬梅.10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式改造.[J]內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010,（11）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.004

范吉鈺(1960年-)，男，副教授，從事教學(xué)管理及教學(xué)研究工作。

李然（1970年-），女，工學(xué)碩士，電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制方向。

蘇沛（1982年-），女，工程碩士，電力服務(wù)與營銷方向。