城市轨道交通供电系统中性点运行方式分析
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摘 要:城市轨道交通供电系统中性点运行方式涉及城市轨道交通供电系统的安全可靠性、经济性、绝缘水平的选择、过电压水平等，本文结合实际分析了城市轨道交通供电系统中性点运行方式的选择及各种运行方式的运行情况。
关键词:城市轨道交通、中性点、运行方式
中图分类号：TU238+.2文献标识码：A
一、概述
城市轨道交通供电系统是城市轨道交通系统的动力能源部分，主要任务是将城市区域变电所或供电网络的电能传输、分配给城市轨道交通系统。根据各个城市区域电网电压等级的不同，轨道交通供电系统的外电源电压也各有不同，目前国内集中式供电有110 kV，66 kV，分散式供电普遍采用10 kV。因此，在城市轨道交通供电系统中各级电压系统中性点的运行方式也不尽相同。
二、中性点运行方式
电力系统的中性点是指发电机或变压器三相绕组Ｙ形联结时的联结点。三相交流电力系统中性点与大地之间的电气连接方式称为电网中性点运行方式。中性点运行方式涉及电网的安全可靠性、经济性，同时直接影响系统的绝缘水平的选择、过电压水平、继电保护方式及通讯干扰等。电力系统中性点的运行方式有中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地等方式。
（一）中性点直接接地系统将中性点固定为地电位，当发生单相接地故障时，故障相电源经中性点构成短路回路，非故障相电压升高不会超过倍运行相电压，暂态过电压水平也较低，故障电流很大，继电保护迅速动作，使断路器跳闸，切除故障。系统承受过电压时间较短。
（二） 中性点不接地系统系统正常工作时，中性点电压为零。当发生单相接地故障 （纯金属性接地）时，接地相对地电压为零；中性点电压升高为相电压；线电压保持不变，非故障相对地电压升高为线电压，电气设备可以持续运行2小时，接地点有电容电流流过，我国电气设备设计规范规定，对于3~10 kV系统，接地电流不得超过30A，对于35 kV系统，接地电流不得超过10A。由于非故障相对地电压升高了倍，所以对系统的绝缘水平要求较高。
（三）中性点经消弧线圈接地系统当中性点不接地系统发生单相接地故障流过接地点的电流超过规定值时，采用此方式，消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈,线圈的电阻很小,电抗很大。系统正常工作时，中性点的电压为零，没有电流流过消弧线圈。在发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流可以抵消接地点的电容电流，流经接地点的电流较小，电气设备可以持续运行2小时。
（四）中性点经小电阻接地系统在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻，在系统对地电容电流较大、且以电缆线路为主的配电网中采用。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。利用电阻的耗能和阻尼作用，降低系统的弧光接地、谐振及操作过电压水平、降低工频过电压,非故障相电压升高小于倍；流过故障点的电流较大，采用大电流选线方式。可准确判断并及时切除故障线路，提高了系统安全、可靠运行水平。从而可以降低系统设备的绝缘水平和延长系统设备的使用寿命。
三、城市轨道交通供电系统中性点运行方式的选择和运行情况
（一）110kV外电源系统上海、南京等地方的地铁供电外电源系统采用此电压等级，此电压等级系统在设计时主要考虑降低绝缘水平要求，降低系统的造价等因素，故采用中性点直接接地运行方式，即中性点采用接地隔离开关、中性点避雷器、放电间隙组合接地。中性点避雷器和放电间隙用于防止外部过电压和内部过电压的侵入。隔离开关用于在变电所试验检修时断开中性点，防止过电压经中性点入侵变压器。此种运行方式在系统发生单相接地故障时，能迅速断开故障，保护系统的设备。
（二）66kV外电源系统沈阳的地铁供电外电源系统采用此电压等级，此电压等级系统在设计时主要考虑系统供电的可靠性和单相接地故障电容电流等因素，故采用中性点经消弧线圈接地方式，即中性点经隔离开关、消弧线圈、中性点避雷器组合接地。消弧线圈的补偿方式采用过补偿方式。安装地点可在地铁的主变电所，也可安装在上级变电所的出线侧。
（三）35kV（33 kV）中压环网系统电力行业标准《DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：6kV～35kV主要由电缆线路构成的送配电系统，单相接地电容电流较大时，可采用低电阻接地方式。我国高铁设计规范中规定，当单相接地故障电容电流大于150A时，宜采用中性点经小电阻接地方式。鉴于目前各地铁35kV（33 kV）中压环网系统普遍采用电缆线路，全电缆线路发生接地故障时接地点的电容电流可比架空线路高30~100倍，超过150A，故采用中性点经小电阻接地方式。在具体应用中，如果变压器二次侧绕组为Y形接线方式时，将变压器的中性点经高压断路器、小电阻后直接接地。如果变压器二次侧绕组为形接线，则需利用接地变压器产生中性点后，再经小电阻接地。中性线上安装中性点电流互感器，用以测量中性点电流，接入指定开关的零序电流保护和测量表计。在运行中，当发生单相接地故障时，通过故障电压电流录波波形分析，故障相的电压近似为零，非故障相电压瞬间有明显的升高现象。有些设计人员存在认识误区，主要表现在以下两个方面，其一，认为小电阻接地系统属于大电流接地系统（相当于中性点直接接地系统），在选择设备时降低了设备的绝缘水平，致使设备发生故障的机率增大。例如电压互感器绕组的绝缘和耐压水平降低，将会造成电压互感器的爆炸，在国内城轨供电系统中多有发生；其二，认为小电阻接地系统等同于中性点直接接地系统，选择保护方式时，采用三相五柱式电压互感器，利用其开口三角形绕组做为绝缘监察测量，甚至还设计了小电流选跳系统，造成设备的冗余，投资的浪费。
（四） 10kV电压系统该电压等级的系统,中性点运行方式的设计主要考虑因素为发生单相接地故障电容电流的大小。对于10kV架空线路，接地电容电流一般小于30A，采用中性点不接地运行方式；对于10kV架空和电缆的混建线路，当接地电容电流在30~150A时，采用中性点经消弧线圈接地运行方式，当接地电容电流大于150A时，采用中性点经小电阻接地方式。对于全电缆线路，宜采用中性点经小电阻接地方式。
（五）220/380V低压供电系统采用中性点直接接地方式，即TN方式。正常供电时维持相线的对地电压不变，从而可向负载提供220V和380V两种不同的电压。根据中性线N与保护线PE是否合并的情况，TN系统分为TN-C（N与PE合并）TN-S（N与PE分开）、TN-C-S（N与PE先合后分）。根据城轨供电系统的实际情况，普遍采用TN-S接线方式。
四、结束语
城轨供电系统的安全可靠直接关系到轨道交通的运行质量，正确选择各电压系统的中性点运行方式和相关设备，能够有效避免相关供电故障的发生，保证系统的安全运行。
参考文献：
[1]林志超.中压电网系统中性点接地方式的选择与应用.高电压技术 ，2005,4
[2]孙建明.贯通线全电缆线路中性点接地方式的选择.铁道工程学报， 2010,6