中性點小電阻接地方式研究

李 博，陳國龍，寧 寧 ，王長春，吳卓航

(1.營口職業技術學院，遼寧 營口 115000；2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；3.國網營口供電公司，遼寧 營口 115000)

中性點小電阻接地方式研究

李 博1，陳國龍2，寧 寧3，王長春2，吳卓航2

(1.營口職業技術學院，遼寧 營口 115000；2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；3.國網營口供電公司，遼寧 營口 115000)

中性點接地方式的選取和應用是提高配電網可靠性和經濟性的重要舉措。66 kV電網中，通常中性點采用不接地和經消弧線圈接地方式。隨著電纜線路的增加，系統電容電流增大，短路時電纜燒損的幾率增大，為快速切除故障線路，采用并聯小電阻接地方式，配合相應的控制方式，降低短路時對系統造成的危害，保證66 kV電網安全運行。

中性點；電容電流；消弧線圈；小電阻

電網中性點與大地的電氣連接方式，稱為電網中性點接地方式，電網中性點接地方式的選取關系到電網的安全運行[1]。目前，國內很多地區66 kV配電網采用經消弧線圈的中性點接地方式。隨著電纜線路在配電網中所占的比例越來越高，系統電容電流高速增長[2]。原有的中性點經消弧線圈接地方式存在補償容量不足的問題，在接地故障發生后，故障點殘流過大，不利于電弧熄滅，導致電纜局部過熱，絕緣破壞。近年來，電纜故障導致的區域性停電事故時有發生[3]。經消弧線圈接地方式允許單相接地故障狀態下運行2 h，而電纜線路接地故障多為永久性故障，長時間帶故障運行極易引發相間短路，使事故擴大。合理選用中性點接地方式對提高配電網的可靠性、穩定性具有重要的實際意義[4]。

東北地區66 kV系統現有的中性點經消弧線圈接地方式存在著集中式補償容量不足、分散式補償運行和管理方式復雜、消弧裝置自動調諧不到位等問題[5]。因此，迫切地需要對現有的中性點接地方式進行調研和分析，有針對性地提出改進措施以及合理化的指導方案。

目前，在南方35 kV電網和全國10 kV電網中，有些采用低電阻接地方式，積累了不少經驗[6-7]，在東北66 kV電網中，近些年也逐漸開始引入小電阻接地。將小電阻接地方式引入到66 kV電壓等級，如大連的中華路、雁水等220 kV變電站，在220 kV主變66 kV側中性點加裝小電阻接地。

1 設計方案

目前66 kV電網主要集中在東北地區，中性點主要取決于主變接線方式，220 kV主變主要有YNd11和(YN,yn0,d11)兩種接線型式。對于前一種，沒有引出中性點，因為無法在主變上安裝中性點小電抗，后一種引出中性點，具備加裝小電抗條件。

在220 kV變壓器66 kV側的中性點(或借用接地變壓器引出中性點)串聯一個電阻，與系統對地電容共同構成并聯回路，當系統發生單相故障，故障產生的弧光過電壓電磁能量由接地電阻釋放，同時中性點電壓降低，減少電弧重燃可能性，抑制過電壓幅值，實現接地保護的選擇性。此為中性點經小電阻接地的基本原理和主要目的，如圖1所示。

圖1 小電阻接地原理

正常運行的電網中，電纜的不對稱度小，中性點接地電阻起到阻尼作用，此時主變壓器中性點電壓不存在偏移，系統處于三相平衡狀態，線路對地電容電流IA+IB+IC=0，因此通過小電阻的電流IR=0。

當電網接地故障時，假設發生的是A相接地故障，如圖2所示，假設電網正常運行時的相電壓為Uph，則發生故障時，A相接地處的電壓為0，正常B、C相的相電壓由相量圖可知升高為原來的3倍。

Ia=0，Ir+Ig+Ib+Ic=0

此時流經故障點的故障電流為

Ig=-(Ir+Ic+Ib)

圖2 A相短路

2 小電阻阻值的選擇

在選擇電網的接地方式時，受多方面因素制約，主要從電網的實際情況進行分析。在選擇中性點經電阻接地時，接地電阻阻值的選擇原則上考慮3個方面因素：①考慮限制間隙性弧光過電壓；②滿足單相接地短路電流小于三相短路電流；③對通信的干擾限制在一定范圍內。

發生單相接地時，接地點發生電弧點燃熄滅過程。此過程中系統積累多余的電荷，加劇系統震蕩過程，產生很高過電壓。由U=IR可知，電流值一定時，電阻值越低，電壓值越低，因此在選擇小電阻阻值時，只要保證Rn<(1～2)(1/3ωc)時，過電壓就不會超過2.1倍的系統相電壓。通常在半個周期的時間內，線路聚集的容性電荷也能夠基本上快速泄漏掉，弧光也能快速熄滅，系統也不再產生過高的諧振過電壓。

當電網的正序、負序、零序阻抗值相等時，即X0=X1=X2；不考慮電網的電阻。此時，當選擇的中性點接地電阻值為3Rn=X1=X2時，系統接近于有效接地情形，單相接地電流為

中性點電壓值

根據以上公式，結合控制目標就可以計算接地電阻值Rn，同時可以有效控制中性點接地短路電流。

3 中性點接地仿真計算

仿真計算結合東北電網的實際情況，以某220 kV變電站舉例，設定該站220 kV主變66 kV中性點采取消弧線圈并聯小電阻接地方式，假設電阻阻值為38.1 Ω。利用電力仿真軟件BPA，仿真系統66 kV配電網采用小電阻接地情況下，系統單相接地故障過程，并計算了兩種接地方式下發生單相接地故障時，系統內的暫態過電壓與穩態過電壓水平，以及故障時的跨步電壓和接觸電勢。

根據操作過電壓分析的模型搭建原則，66 kV母線所連TV及避雷器均可省略不計，電纜、架空線等輸電線路均采用集中參數模型。

3.1單相接地故障過電壓

由于實際發生單相接地故障時，故障點與大地的接觸狀況不盡相同，因而選取了故障點接地電阻為0 Ω(理想金屬性接地)、10 Ω、20 Ω、30 Ω的工況進行計算。故障模擬過程中，設定t=0.025 s(A相電壓最高)時，A相發生單相接地短路故障，此時，中性點消弧線圈阻尼電阻從系統中切除，由消弧線圈補償系統電容電流；t=0.2 s時投入小電阻，系統進入選線跳閘階段；t=0.4 s時選線完成，切除小電阻。過電壓如表1、表2所示。

表1 單相接地故障過電壓(投入小電阻前)

表2 單相接地故障過電壓(投入小電阻后)

3.2單相間歇性弧光接地過電壓

故障模擬過程中，設定t=0.025 s(A相電壓最大)時，A相發生單相間歇性弧光接地故障，系統進入暫態過渡過程，非故障相出現較高暫態過電壓；此后故障點電流每半個周波過零一次，電弧在該電流過零時熄滅；故障點熄弧后，A相(故障相)進入電壓恢復過程，并在電壓達到一定值時再次燃弧，形成間歇性弧光接地過程。計算中考慮A相電壓恢復至最大值時電弧發生重燃的極端情況，如表3所示。

表3 間歇性弧光接地非故障相過電壓

經過仿真計算，220 kV變電站中性點經小電阻接地方式的過電壓滿足要求。

4 結束語

對于66 kV系統，單相接地故障電容電流大于150 A時，中性點宜選用小電阻接地方式，能夠迅速切除故障，有效降低長時間短路造成的電纜燒損幾率，避免故障進一步擴大，是保證電網安全運行的一種有效方法。

[1] 沈 毅，王大淼，吳珂鳴. 配電網接地方式評述[J]. 東北電力技術，2011，32(8)：25-29.

[2] 劉明巖. 配電網中性點接地方式的選擇[J]. 電網技術，2004，28(16)：86-89.

[3] 符信勇，萬軍彪. 消弧線圈在配電網的應用及其效果[J]. 江西電力，2004，28(2)：4-7.

[4] 董 雷，何 林, 蒲天驕. 中性點接地方式對配電網可靠性的影響[J]. 電力系統保護與控制, 2013，41(1)：98-101.

[5] 趙 冉，譚偉璞，楊以涵. 配電網中性點接地方式分析[J]. 繼電器，2007，35(4)：22-26.

[6] 要煥年，曹梅月. 電纜網絡的中性點接地方式問題[J]. 電網技術，2003，27(2)：84-89.

[7] 郭得勝. 淺談南京路站35 kV系統中性點接地方式[J]. 東北電力技術，2006，27(10)：49-52.

Research on Neutral Grounding Mode with Small Resistance

LI Bo1, CHEN Guolong2, NING Ning3, WANG Changchun2, WU Zhuohang2

(1.Yingkou Vocational and technical college, Yingkou，Liaoning 115000, China；2.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute, Shenyang，Liaoning 110015, China；3.State Grid Yingkou Power Supply Company, Yingkou Liaoning 115000, China)

The selection and application of neutral grounding mode is an important measure to improve the reliability and economy of distribution network. In the 66 kV network, the neutral point is grounded and grounded by arc suppression coil. With the increase of the cable line and the capacitor current the probability of cable loss increases when a short circuit for rapid removal of fault lines.Using a parallel low resistance grounding mode, with the corresponding control method, it reduce the harm to the system caused by the short circuit to ensure the safe operation of power grid 66 kV.

neutral point, capacitive current, arc suppression coil,small resistanc

TM862

A

1004-7913(2017)08-0021-03

李 博(1977)，女，碩士，副教授，從事計算機和供配電技術研究。

2017-03-01)