配电网中性点接地方式分析

配电网中性点接地方式分析

发表时间：2018-06-25T16:39:06.163Z 来源：《电力设备》2018年第4期 作者： 陈雅君

[导读] 摘要： 电力系统中性点接地是一个涉及供电可靠性和连续性、稳定性等方面的技术问题。

（北京金电联供用电咨询有限公司 北京市 101500）

摘要： 电力系统中性点接地是一个涉及供电可靠性和连续性、稳定性等方面的技术问题。本文介绍了配电网中性点不接地、经小电阻接地、经消弧线圈接地三种不同的方式，并对三种方式发生单相接地故障时进行了分析。

关键词：配电网、中性点不接地、中性点经小电阻接地、中性点经消弧线圈接地

一、配电网中性点不接地电力系统的运行特点

设三相系统的电源电压和电路参数都对称，每相与地之间的分布电容用一个集中电容C来表示，线间电容忽略。系统正常运行时，三个相电压UA、UB、UC对称，三个相的对地电容电流ICO也对称，其相量和均为O，中性点对地电压为O，各相对地电压就是相电压。

当系统发生单相接地时，例如C相接地。此时C相对地电压为0，而非接地的A相、B相对地电压均变为线电压UAC、UBC，变为原来的倍，A相、B相对地电容电流ICA、ICB也变为原来的 倍。C相接地时的接地电流IC为非接地的A相、B相对地电容电流ICA、ICB的相量和。

IC是正常运行时，每相对地电容电流的3倍。系统的线电压大小和相位差仍保持不变。接在线电压上的用电设备仍能正常工作。但这种单相接地状态不允许长时间运行。因为系统单相接地后长时间运行可能造成非故障相绝缘薄弱处被击穿，形成相间短路，产生很大的短路电

流，从而损坏线路及用电设备；此外，较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，稳定电弧可烧坏设备，引起相间短路，间歇电弧可

产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。因此，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，系统运行时

间不应超过2h。

配电网中性点不接地是指中性点没有人为与大地连接。事实上，这样的配电网是通过电网对地电容接地。

优点：

a电网发生单相接地故障时稳态工频电流小。这样如雷击绝缘闪络瞬时故障可自动清除，无需跳闸。如金属性接地故障，可单相接地运行，改善了电网不间断供电，提高了供电可靠性。接地电流小，降低了地电位升高。减小了跨步电压和接触电压。减小了对信息系统的干

扰。减小了对低压网的反击等。

b经济方面：节省了接地设备，接地系统投资少。

缺点：

a与中性点电阻器接地系统相比，产生的过电压高（弧光过电压和铁磁谐振过电压等），对弱绝缘击穿概率大。

b在间歇性电弧接地故障时产生的高频振荡电流大，达数百安培，可能引发相间短路。

c至目前为止，故障定位难，不能正确迅速切除接地故障线路。

二、配电网中性点经消弧线圈接地电力系统运行特点

在中性点不接地系统中，当单相接地电容电流超过一定数值时（3～10kV系统中接地电流＞30A，20kV以上系统中接地电流＞10A），在接地点将产生电弧，引起危险的间歇过电压，因此须采用中性点经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过电压的

产生。这种接地方式就是中性点经消弧线圈接地。

消弧线圈的工作原理为：系统正常运行时，由于三相电压、电流对称，中性点对地电位为0，线圈上电压为0，线圈中没有电流流过。当系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流IC与流过线圈的电感电流IL之和。由于IC超前UC90°，而IL滞后UC90°，IC与IL

相位相反，在接地点相互补偿。只要消弧线圈电感量选取合适，就会使接地电流减小到小于发生电弧的最小生弧电流，电弧就不会产生，

也就不会产生间歇过电压。

根据消弧线圈中电感电流对接地电容电流的补偿程度不同，可以分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。

当IL=IC（ωL=1/3ωC）时，接地点的电流为O，这种补偿称全补偿。从补偿观点来看，全补偿应该是最好的，但实际上不采用这种方式。因为系统正常运行时，各相对地电压不完全对称，中性点对地之间有一定电压，此电压可能引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘。

当IL＜IC，即感抗大于容抗时，接地点尚有未补偿的电容电流，这种补偿称欠补偿。这种补偿方式也很少采用。因为在欠补偿运行时，如果切除部分线路（对地电容减小，容抗增大IC减小），或系统频率降低（感抗减小IL增大，容抗增大IC减小），都有可能使系统变

为全补偿，出现电压串联谐振过电压。

当IL＞IC即感抗小于容抗时，接地点出现多余的电感电流，这种补偿称过补偿。过补偿可以避免出现上述的过电压，因此得到广泛应用。因为IL＞IC，消弧线圈留有一定的裕度，也有利于将来电网发展。采用过补偿，补偿后的残余电流一般不超过5～10安培。运行实践也

证明，不同电压等级的电网，只要残余电流不超过允许值（6KV电网，残余电流≤30A、10KV电网，残余电流≤20A、35KV电网，残余电流

≤10A）接地电弧就会自动熄灭。

中性点经消弧线圈接地系统，与中性点不接地系统一样，当发生单相接地故障时，接地相电压为零，三个线电压不变，其他两相对地电压也将升高[KF(]3[KF)]倍。因此，发生单相接地故障时的运行时间也同样不允许超过2h。

配电网中性点经消弧线圈接地是指配电网一个或多个中性点经消弧线圈与大地连接，消弧线圈的稳态工频感性电流对电网稳态工频容性电流调谐，目的是使得接地故障残流小，接地故障就可能自清除。因此，中性点不接地系统的优点，中性点消弧线圈接地系统全有并更

好些。同样地，中性点不接地系统的缺点，中性点消弧线圈接地系统亦全有仅是出现最大幅值弧光过电压概率小些。这是因消弧线圈降低

了单相接地时的建弧率。

消弧线圈接地方式的使用是否成功很大程度上还取决于消弧线圈，跟踪系统，选线装置本身的可靠性。

三、配电网中性点经小电阻接地电力系统运行特点

中性点经小电阻接地与中性点经消弧线圈接地在原理上截然不同。消弧线圈是感性谐振元件，是通过感性电流与容性电流相互补偿，将系统发生单相接地故障时的故障电流限制在较小(<10A)的范围，使故障点易于熄弧。同时，在接地故障时，不破坏系统的对称性，使系

统可带相接地故障短时运行。中性点接地电阻是一个耗能元件，是电网对地电容中能量(电荷)的泄放通道，又是系统谐振的阻尼元件，单相

接地故障时，通过故障点的电流较大，利用继电保护迅速切除故障线路。 系统发生单相接地故障时，非故障相的稳态电压升高比采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式的稳态电压升高稍低。由于其显著的阻尼作用，可消除由于各种原因引起的系统谐振过电压(如铁磁谐振、高频谐振、分频谐振、断线谐振、线性谐振等)，采用电阻接地是消除

频繁发生的PT谐振过电压的最有效的办法。

能有效限制系统单相接地故障时的过电压，这是由于：①中性点经小电阻接地系统在发生接地故障时，通过故障点的电流较大，能形成稳定电弧，不容易产生电弧熄灭又重燃的现象。②电阻本身是耗能元件，可消耗系统对地电容中存储的能量。③在熄弧的时间内(半个周

期)，通过电阻将系统对地电容中的电荷泄放掉，降低中性点电位，每次电弧重燃时，都和第一次建弧的初始条件相似，不会形成很高的电

弧重燃过电压倍数。

中性点经小电阻接地与线路零序保护配合，可准确地判断出故障线路并迅速切除，这一特点特别适于电缆线路为主的城市配网。这一特点避免了为寻找接地故障线路进行的大量拉、合闸操作而产生过电压。故障时由于及时切除电源，可大大减少发生人身安全事故的机

会。

中性点电阻对系统正常运行时的中性点位移电压具有抑制作用(消弧线圈对中性点位移电压是放大作用)，使中性点位移电压减小，在正常运行时，接地变压器和接地电阻几乎是处于空载状态，只有在发生单相接地故障时，接地变才承受短时冲击电流。

中性点经小电阻接地方式，在选择合适的接地电阻阻值后可以适应一定范围的运行方式变化及电网的发展，此时不需要调整接地电阻，只需对继电保护的定值加以调整。而接地电阻限制过电水平和抑制谐振过电压的性能不会有明显的变化。

采用中性点经小电阻接地方式，有利于无间隙避雷器在配网中的使用，采用无间隙避雷器既可以限制系统内的过电压水平，又可以降低雷电冲击过电压水平，这样就可以降低系统设备的绝缘水平或使现有的设备相应地增加了绝缘裕度，延长了使用寿命，具可观的经济效

益。

配电网中至少有一个中性点接入电阻器，目的是限制接地故障电流。中性点经电阻器（每相零电阻R0≤Xc0每相对地容抗）接地，可以消除中性点不接地和消弧线圈接地系统的缺点，即降低了瞬态过电压幅值，并使灵敏而有选择性的故障定位的接地保护得以实现。由于这

种系统的接地电流比直接接地系统的小，故地电位升高及对信息系统的干扰和对低压电网的反击都减弱。因此，中性点电阻器接地系统具

有中性点不接地及消弧线圈接地系统或直接接地系统的某些优点，也存在这两种接地方式的某些缺点。

为获得正确迅速切除接地故障线路，就必须降低电阻器的电阻值。

优点：

a内过电压（含弧光过电压、谐振过电压等）水平低，提高网络和设备的可靠性。

b大接地电流（100～1000A），故障定位容易，可以正确迅速切除接地故障线路。

缺点：

a因接地故障入地电流If=100～1000A，地电位升高比中性点不接地、消弧线圈接地、高值电阻器接地系统等的高。

b接地故障线路迅速切除，间断供电。

四、配电网中性点接地方式对用电可靠性的影响

根据我国供电可靠性管理的有关规定，判断供电可靠性高低主要有三个指标：停电频率、停电持续时间及少供电量。这些指标与许多因素有关，有计划停电原因，也有故障停电原因，影响10kV配电网供电可靠性指标的主要原因基本集中在用户影响、气候因素、市政建

设、设备老化四个方面。应该说，10kV配电网中性点接地方式的不同对10kV配电网供电可靠性的影响是综合的，配电网中性点接地方式改

变后，就某一种故障原因来讲可能会增加故障几率，就另一种故障原因来讲可能会减少故障几率或不受影响。为了提高供电可靠性，应该

根据接地方式对故障的影响采取一些措施。

配电网中性点不接地或经消弧线圈接地方式与中性点经小电阻接地方式比，最大的优点是在发生单相接地故障时，如果是瞬间故障，当系统电容电流或经消弧线圈补偿后的残余电流小到自行熄灭的程度时，则故障可自行消除，如果是永久故障，该系统可带单相接地故障

运行2小时，获得足够的时间排除故障，以保证对用户的不间断供电。但这一优点在以电缆为主的城市配电网中并不突出。电缆故障的原

因，从统计情况看，主要是绝缘老化、电缆质量、外力破坏等，一般都是永久性故障，当发生接地故障时不应带故障运行。从实际运行情

况看，在以电缆为主的配电网中，中性点不接地或经消弧线较圈接地方式下，单相接地故障引发的相间短路故障较多。一些实际事故表

明，单相接地故障发展为相间故障，反而扩大了停电范围，尤其是当发展为母线短路故障时，相当于变压器出口短路，而由于目前一些变

压器抗短路冲击能力较弱，从而可能造成变压器损坏。

就城市配电网供电方式的实际情况看双电源供电方式，架空绝缘线的采用，环网布置，开环运行方式，电缆线路所占比重等因素造成了采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式的优点不突出。从目前已改小电阻接地方式的变电站实际运行情况分析；保护配置得当，可不