配电系统中性点接地方式的分析
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摘要：配电网中性点接地方式是一个涉及范围非常广的综合性问题，与整个电力系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、继电保护、通信干扰和接地装置等密切相关。本文分析了配电网中性点各种主要接地方式，并介绍了接地方式的选择。
关键词：配电系统；中性点接地方式；选择
【分类号】：TM73
一、配电系统中性点接地方式的分析
电力系统中性点接地方式有两大类：一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地、经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。
（一）中性点不接地方式分析
中性点不接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资少，适用于农村10kV架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。当中性点不接地配电网发生单相金属性接地故障时，故障相对地电压下降为零，两个非故障相对地电压将升高3倍，变为线电压。此时三个线电压仍保持对称和大小不变，对用电设备的继续工作几乎没有影响，故规程规定，系统仍可继续运行2h，但要求各种设备的绝缘水平应按线电压来设计。
随着配电网规模扩大，电网中电缆数量增多，使电网对地电容电流大幅度增大。这样单相接地故障时故障点的电弧不能自行熄灭，可能产生稳定或间歇性弧光过电压，在6～10kV系统中，由于对地电容电流过大而易发生电缆放炮、开关绝缘子爆炸等事故。由于母线绝缘监视用PT的改型，其伏安特性的降低造成了普遍的铁磁谐振过电压现象，若同时伴有电弧间歇性击穿就可能会造成PT被烧，甚至会发展成“火烧连营”的严重事故。故中性点不接地方式在我国配电网中仅是一种过渡方式。
（二）中性点经消弧线圈接地方式分析
消弧圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，装设于变压器或发电机的中性点。电网正常运行时，电源中性点电位为零，消弧圈和地中无电流流过。当电网发生接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。此外，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可显著减少故障相电压的恢复速度，从而减少电弧重燃的可能性，利于单相接地故障的消除。
中性点经消弧线圈接地方式的特点是线路发生单相接地故障时，可不立即跳闸，按规程规定，电网可带单相接地故障2h，运行经验和已有的资料表明，当接地电流小于l0A时，电弧能自灭，对于全电缆网络，虽然稳定接地故障较多，但因接地电流得到补偿，单相接地并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性高于其它接地方式。但对于运行方式经常变化，特别是电容电流变化范围较大，用手动消弧线圈很难适应要求，而采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。
（三）中性点经电阻接地方式分析
中性点经电阻接地的作用是将故障电流限制到某一定值，用开关来灭弧，一旦发生单相接地故障，立即跳闸。按照接地电阻大小，分为高电阻接地和小电阻接地，高阻接地电阻一般为数十到数百Ω，可将故障电流限制到10A以下，使其自行灭弧，但只能适用电容电流很小的系统。低阻接地电阻一般小于10Ω，可将故障电流限制在一定值，用开关灭弧。当系统发生单相接地故障时，中性点经小电阻接地可降低单相接地工频过电压，迅速切除故障线路，使工频电压升高持续时间很短。因此，线路及设备耐受弧光接地过电压时间较短，对设备绝缘要求不太高，为氧化锌避雷器的安全运行创造了良好条件，与继电保护配合也较容易。在电力系统中，断线谐振过电压是较为常见的现象，配电网中性点不接地系统发生断线时，配电变压器的铁芯电感与线路对地电容组成的串联回路在特定条件下会发生谐振，产生过电压。而中性点经小电阻接地可有效防止断线谐振过电压。
目前配电网中性点大部分采用故障直接反应跳闸的小电阻接地。但小电阻接地方式也存在一些问题，如接地电流大、导致地电位升高，可能对人身和设备安全构成威胁，且跳闸率高，电阻热容量大、制造困难、成本高，对通信的干扰也较大。随着微电子技术的广泛应用，其应用也将不可避免受到某些限制。
（四）中性点直接接地方式分析
在电力系统中采用中性点直接接地方式，就是把中性点直接和大地相接，这种方式可防止中性点不接地系统中单相接地时产生的间歇电弧过电压，中性点直接接地系统又称为大电流接地系统。中性点的电位在电网任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，应立即使继电保护动作，将故障部分切除，因而使用户的供电中断。运行经验表明，在1kV以上电网中，大多数一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可迅速恢复，送电线可立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。
中性点直接接地主要优点是发生一相接地故障时，非故障相地电压不会增高，因而各相地绝缘即可按相地电压考虑。电网的电压愈高，经济效果愈大；而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。
中性点直接接地系统的缺点是接地故障线路迅速切除，间断供电。接地电流大，地电位上升较高，增加电力设备损伤，增大接触电压和跨步电压、对信息系统干扰和对低压网反击。
二、配电系统中性点接地方式的选择
选择配电网中性点接地方式时，要考虑配电网的各种运行情况，供电可靠性要求，故障时异常电压、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等。
综上分析，在配电网建设中涉及中性点接地方式的选择，可按如下原则：对于架空配电网络，由于接地故障中绝大部分为非永久性故障，应优先选用中性点不接地系统，对于经常发生谐振或间隙性电弧接地过电压的10kv配电系统，可采用高电阻接地方式。对于电缆和架空线路混合的配电线路，接地故障发生在架空线路部分则非永久性故障可能性较大，发生在电缆部分则大多为永久性故障，这种网络的电容电流较大，应采用中性点经消弧线圈接地方式，优先采用自动跟踪补偿消弧线圈，对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于5%，对于连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于2%。
参考文献
[1]鲁刚，侯玉昆.论电力系统大电缆配电系统中性点接地方式与供电可靠性[J].城市建设理论研究（电子版），2012年32期.
[2]郑妍，张洋，刘艳芬.10kV配电网中性点接地方式的问题探究[J].冶金动力，2013年2期.