10KV配電網中性點運行方式的合理選擇

范吉鈺 李然 蘇沛

1，鄭州工業貿易學校,河南鄭州 450007；2，鄭州供電公司,河南鄭州 450006

10KV配電網中性點運行方式的合理選擇

范吉鈺1李然1蘇沛2

1，鄭州工業貿易學校,河南鄭州 450007；2，鄭州供電公司,河南鄭州 450006

本文探討10KV配電網各種中性點運行方式的優缺點，結合各地運行現狀，提出因地制宜、合理選擇中性點運行方式的思路。

中性點不接地；中性點經消弧線圈接地；中性點經電阻接地

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

三相交流電力系統中性點與大地之間的電氣連接方式，稱為電網中性點接地方式。中性點接地方式涉及電網的安全可靠性、經濟性，同時直接影響系統設備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護方式、通訊干擾等[1]。

1.中性點不接地

根據我國的傳統設計經驗，10kV電力系統普遍采用中性點不接地方式。

系統正?；虬l生單相接地時，三個線電壓保持對稱，并且接地點僅流過很小的電容電流（也稱為小接地電流系統），接地點一般不發生電弧，三相用電設備能正常工作，允許繼續運行1～2小時，供電可靠性高。

這種系統發生單相接地時，中性點電壓升高為相電壓，其它兩條非故障相對地電壓升高到線電壓，是正常時的倍，因此絕緣要求高，增加絕緣費用。

處理單相接地最困難的是找出接地點，過去多用“試拉”的方法，一路一路地停，拉到哪路，接地信號消除了，就是這路有問題，然后再由人工進行查找；查找主要憑借經驗，無法實現選擇性切除故障。

隨著電網規模的擴大，網絡結構發生很大變化，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），導致對地電容電流劇增，建弧率明顯增大[2]。對10kV電網,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，這種電弧不足以穩定燃燒，弧光在交流電壓升高到一定值時發生，在電壓接近過零時熄滅，周而復始，形成周期地熄滅與重燃的間隙電弧，持續的電弧造成周圍空氣的游離，破壞了空氣的絕緣，電弧的反復熄滅與重燃，也是反復向電網電容充電的過程，由于電容能量不能釋放，每個循環使電容電壓升高一個臺階，引起弧光接地過電壓。發生單相弧光接地時過電壓的最大值理論上將達到：Umax=1.5Um+(1.5Um-0.7Um)=2.3Um，實測結果顯示過電壓幅值高達正常相電壓幅值的3～3.5倍。這樣高的過電壓如果數小時作用于電網，勢必會造成電氣設備內絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環節造成絕緣對地擊穿，進而發展成為相間短路事故?；」饨拥剡^電壓還會使電壓互感器發生飽和，激發鐵磁諧振過電壓，由此帶來的經濟損失和社會影響越來越大。例如北京供電局在1998年7～10月，由于10kV系統單相接地而引發的事故便達4起，產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、開關柜燒毀和避雷器爆炸等。

從諸多10kV系統的運行現狀和經驗來看，系統單相接地引發的電網事故愈來愈多，過電壓發生的概率越來越高，由于過電壓造成的事故在整個電氣事故中所占的比例也越來越大，最初采用的中性點不接地方式受到嚴峻的考驗。

2.中性點經消弧線圈接地

在中性點不接地系統中，當電容電流超過《電力設備過電壓保護設計技術規程》規定值(3～10kV電網為30A；20kV及以上電網為10A)時，電弧不易熄滅，中性點應經消弧線圈接地。

在正常情況下，三相系統是對稱的，中性點電流為零，消弧線圈中沒有電流通過。

當系統發生單相接地時，流過接地點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，互相補償，從而達到限制接地電流、避免在接地點形成弧光的作用，也避免了過電壓的產生。

適當選擇消弧線圈的感抗，可以將接地點電流減小到很小，所以這種方式也屬于小接地電流系統，具有故障跳閘率低、供電可靠性高的優點。它處理故障依然是“試拉”法，無法保證選擇性。

在我國諸多電網，特別是一些大型工礦企業的10kV系統都進行了中性點經消弧線圈接地方式的改造，技術可行，經驗成熟，運行可靠，是行之有效的方式。

但是，消弧線圈的調節范圍有限，往往不適合投入初期和終期負荷變化的需要，而且消弧線圈各分頭的標稱電流與實際電流相差較大，運行中會因此而發生諧振現象，特別是計算電容電流在實際操作上很困難，計算數值往往與實際數值相差很大很難保證補償適當，當單相接地故障點殘流仍大于10A時，接地電弧不能自熄，仍產生較高倍數的弧光接地過電壓，更為嚴重的是，有可能造成消弧線圈欠補償，形成諧振過電壓，從而產生副作用。消弧線圈也無法補償諧波電流，而目前有些城市或工廠中的諧波電流所占比例達到5%～15%，僅諧波電流就足以支持電弧穩定燃燒[3]。這些因素都使得消弧線圈沒有發揮應有的作用，形同虛設。

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、選線裝置本身的可靠性，因此必須加強消弧線圈的管理工作，以取得良好的運行效果。

3.中性點經電阻接地

在交流電網中，特別是以電纜供電的網絡，中性點采用電阻接地日益廣泛。

中性點經電阻接地系統，就是在中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統對地電容構成并聯回路，由于電阻是耗能元件，在中性點經電阻接地的配網中，當接地電弧熄弧后，系統對地電容中的殘荷將通過中性點電阻泄放掉，所以當發生下一次燃弧時其過電壓幅值和從正常運行情況發生單相接地故障的情況相同，不會產生很高的過電壓，可以有效地限制弧光接地過電壓。中性點電阻也相當于在諧振回路中的系統對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的各種諧振過電壓。試驗表明，只要中性點電阻不是太大(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。

城網采用中性點經電阻接地的方式，國外早已運行，如日本采用高阻抗接地方式，美國主要采用中性點經中電阻接地方式，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城網中推廣中性點經電阻器接地方式，如今在上海、南京、廣州、深圳等一批城市得到廣泛應用和發展，另外許多城市也進行了中性點經電阻接地的改造工作。

我國現在還沒有規范對中性點電阻的選擇作出明確的規定。中性點電阻值的選擇必須根據電網的具體條件，要考慮限制間隙性弧光接地過電壓的倍數、繼電保護的靈敏度、對通訊線路的干擾、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。

中性點經高值電阻接地系統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產生的瞬態過電壓。一般適用于某些小型6～10kV配電網和發電廠用電系統。

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

中性點經小電阻接地系統與零序過電流保護或限時速斷電流保護配合，在發生單相接地故障時，故障線路的零序保護動作，在0.5～2.0秒內跳開本線路的斷路器。深圳市城市電網自1996年開始實施10kV電網中性點經15Ω小電阻接地方式，至2000年已有城區20多個220kV、110kV變電站、70多套中性點電阻柜運行，經過四年多運行檢驗，零序保護動作近500次，統計分析證明，零序保護動作正確率達99%以上，配電設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，降低了瞬態過電壓幅值，并使靈敏而有選擇性的故障定位的接地保護得以實現。北京供電局、廣州供電局、深圳供電局經過事故統計分析證明，采用小電阻接地方式后人身安全事故也有大幅度的下降。

中性點經電阻接地系統的缺點在于由于接地點的電流較大，當零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導致相間故障發生。此外當發生單相接地故障時，無論是永久性的還是非永久性的，保護裝置均作用于跳閘，使線路的跳閘次數大大增加，影響了用戶的正常供電，供電可靠性下降。

綜上所述，幾種中性點接地方式各有優缺點，一般地，以架空線路為主的城鄉配網，以系統電容電流是否大于10A來確定，選用中性點不接地或自動跟蹤消弧線圈接地方式；以電纜線路為主的城鄉配網，系統電容電流較大，一般可選用小電阻接地方式，犧牲一些供電可靠性，來防止擴大事故；以架空和電纜混合線路為主的城鄉配網，兼顧架空和電纜線路的特點，使配網的接地方式選擇在自動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電網的中性點接地方式就有經消弧線圈接地和經電阻器接地兩種方式，北京的10kV電網也是中性點經消弧線圈接地和電阻器接地并存，主要是從本網實際出發，根據電壓等級的高低、系統容量的大小、線路的長短和運行氣象條件等因素經過技術經濟綜合比較來確定，根據自己的經驗和傳統，權衡利弊、因地制宜地選用，以達到較好的工程效果，而不應按電壓等級“一刀切”。

[1]陳珩.電力系統穩態分析(第三版).中國電力出版社,2007

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

[3]曹冬梅.10kV配電網中性點接地方式改造.[J]內蒙古科技與經濟，2010,（11）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.004

范吉鈺(1960年-)，男，副教授，從事教學管理及教學研究工作。

李然（1970年-），女，工學碩士，電力系統運行與控制方向。

蘇沛（1982年-），女，工程碩士，電力服務與營銷方向。