10kV电网中性点接地方式分析与探讨
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摘要：电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它是防止系统事故的一项重要应用技术，与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等密切相关，它对电网运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。本文对10kv电网中性点接地方式进行了分析与探讨。
关键词：10kV电网；中性点；接地方式
中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：
引言
电网中性点接地方式的选择要考虑配电网的各种运行情况(包括正常运行和异常运行情况)，供电可靠性的要求，故障时的异常电压、异常电流对供电设备的影响，对通信的干扰和危险影响，有关的设计技术和继电保护技术要求，有关的设备供应情况以及配电网的运行经验等多种因素并通过经济比较才能决定。
1、中性点经弧线圈接地的配电网
当配电网由架空或架空、电缆混合线路组成时，宜采用中性点经消弧线圈接地方式，因为这种方式能有效抑制弧光接地过电压，消除铁磁谐振过电压，同时，由于自身的感性电流对接地故障容性电流的补偿，降低了接地故障点的故障电流，使其在过零点时自动熄弧，大大提高供电可靠性。
（1）消弧线圈的消弧原理
消弧线圈是利用发生接地故障时，消弧线圈在零序电压的作用下产生感性补偿电流，该电流与流过故障点的电网电容电流方向相反，因此流经故障点的就是该感性补偿电流与电网电容电流的矢量和，所以流经故障点的电流会大大降低，在电流过零点时自动熄灭电弧，切除了故障点。
由于目前10kV配电网络的电源出线侧均采用三角形接线方式，系统无中性点引出，需人为建立一个中性点。目前广泛采用Z型接地变压器来解决这个问题，Z型接地变压器在结构上与普通三相芯式电力变压器相同，只是每相铁芯上的绕组分为上、下相等匝数的两部分，接成曲折形连接，即Z型连接。
Z型接地变压器由于独特的接线方式使其同一柱上两半部分绕组中的零序电流方向是相反的，因此零序电抗很小，对零序电流不产生扼流效应。当Z型接地变压器中性点接入消弧线圈时，可使消弧线圈补偿电流自由地流过，因而Z型变压器被广为用作接地变压器。
在图1所示的中性点经消弧线圈接地的配电网络上，当系统发生单相接地后，消弧线圈在零序电压U觶0的作用下有一电感电流I觶L经接地点流回消弧线圈。此时，流过接地点的电流除全系统的零序电容电流I觶C∑之外，还有消弧线圈的电感电流I觶L。电感电流I觶L补偿了接地故障点的总电容电流I觶C∑，因此，接地点的接地残流I觶JD=I觶L+I觶C∑，其向量如图2所示。
根据对电容电流的补偿程度可分为三种补偿方式，当觶L=I觶C∑时，称为完全补偿；当I觶LI觶C∑时，称为过补偿。实际运行中，为了避免产生谐振过电压，采用的是过补偿方式运行。
（2）自动跟踪补偿式消弧线圈
由于配电网络的改造、新线路的投产以及不可预料的原因，使网络中的一条或多条线路退出运行，使得系统的对地零序电容电流在不断的变化中。为了得到系统稳定的补偿度，同时更是为了避免达到全补偿时产生的谐振过电压，消弧线圈的补偿容量要随系统的对地零序电容电流的变化而变化，即消弧线圈的补偿容量是可调的。
目前，国内运行的消弧线圈分手动调节和自动跟踪补偿两类：前一种手动调节时，消弧线圈需退出运行，且人为估算电容电流值，误差较大，现已较少使用；后一种能自动进行电容电流测量并自动调整消弧线圈，使补偿电流适应系统的变化，现一般都选择该种消弧线圈。
自动跟踪补偿消弧线圈分调匝式、调气隙式、直流偏磁式和二次调容式等，几种调节方式各有优缺点，深圳电网普遍采用的是二次调容式消弧线圈。此种消弧线圈的原理是利用二次侧多组并联的电容器的投退组合来实现二次侧电容量的多级变化，通过二次侧电容量的变化来控制一次侧主绕组的感抗及电感电流大小，从而达到控制该消弧线圈的补偿容量的目的。成套装置通常由Z型变压器、二次调节消弧线圈、电容调节柜（装于消弧线圈导轨上）、阻尼电阻箱、自动跟踪调节及选线控制器（装于控制屏中）、控制屏六部分组成。
（3）经消弧线圈接地方式中的单相接地故障的选检
当中性点经消弧线圈接地时，非故障线路零序电流的大小等于本线路的接地电容电流，方向是自母线流向线路的容性电流；故障线路接地相始端的零序电流，是感性补偿电流与电网电容电流的矢量和，在过补偿的情况下，方向是自线路流向母线的感性电流，亦可看作是自母线流向线路的容性电流。因此，故障线路始端即保护安装处零序电流的大小等于故障相补偿残余电流与本线路非故障相接地电容电流之和，方向是自母线流向线路的容性电流。
由此可见，进行过补偿以后，故障线路与非故障线路的零序电流在幅值大小和方向上的差异都不明显了，这就对接地选线装置的准确选线带来了困难。
国内外对中性点非直接接地系统单相接地故障选线已进行了多年的研究，取得了很多成果。但是，根据这些故障选线原理制造的选线装置，还不具备在电力系统中推广应用的可靠性和准确性。对此，中国电机工程学会自动化专委会已有清楚共识，认为“目前尚无准确可靠的微机选线装置能动作于跳闸”。因此，目前深圳宝安、龙岗两区的配电网络中，虽广泛应用自动跟踪补偿式消弧线圈的成套装置，但出于供电可靠性方面的考虑，接地选线装置并未投入运行。
2、中性点经小电阻接地的配电网
电缆线路有运行条件受环境因素影响小、瞬时故障概率低的优点。但以电缆为主配电网的单相接地故障多为电缆在一定条件下由于自身绝缘缺陷造成的击穿，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，所以电缆配电网的单相接地故障多为永久性故障。
由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接地永久性故障后，接地故障点的检出困难，不能迅速检出故障点所在线路，使系统设备长时间承受过电压作用，对设备绝缘造成威胁，因此，中性点经消弧线圈接地并不适用以电缆为主的城市配电网，由此产生了中性点经小电阻接地的运行方式。
中性点经小电阻接地的配电网在系统接线上与经消弧线圈接地大致相同，只是在Z型变压器的中性点上由小电阻取代了消弧线圈。
中性点经小电阻接地系统当线路发生接地时，由于流过故障线路的零序电流很大，故障定位容易，可以正确迅速切除接地故障线路。因此，中性点经小电阻接地系统可以简单的配置零序过流或限时速断保护，在发生单相接地故障时，故障线路的零序保护动作在0.5～2.0秒跳开本线路的断路器，例如：（深圳市城市电网自1996年开始实施10kV电网小电阻接地方式，至今已有城区50多个220kV、110kV变电站、150多套中性点电阻柜运行，经过长时间的运行检验，配电线路零序保护动作近千次，统计分析证明，零序保护动作正确率达98%以上，配电设备重大或特大事故大幅降低）。
中性点经小电阻接地也有其不完美的地方：首先，由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生；其次，当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，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。
结束语
每一种中性点接地方式各有其特点和优缺点，应充分考虑各种因素如本地区特点、电网结构、供电可靠性、设备与线路的绝缘水平等，通过技术经济比较，从长远的发展观点，因地制宜地确定配电网中性点接地方式。
参考文献
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：水利电力出版社，1994.
[2]平绍勋，周玉芳.电力系统中性点接地方式及运行分析[M].北京：中国电力出版社，2010.