配电网中性点接地方式的选择

一、中性点接地方式的选择原则

1.1. 经济因素

经济因素是选择中性点接地方式的重要因素。随着电压等级的提高，输变电设备的绝缘费用在总投资中的比重愈来愈大，如果中性点采用有效接地方式，绝缘水平可以降低，减少设备造价，经济效益十分显著。所以超高压和高压系统采用有效接地方式。对于配电电缆网，同样电压等级有不同的绝缘水平，价格也不同，选用绝缘水平低的电缆应需采用低电阻接地方式，但发生单相接地故障时要跳闸。在我国各城市中配网的结构比较薄弱，一发生单相故障就要跳闸，影响了供电可靠性，为提高供电可靠性需采取改进措施，同样也会增加投资，这是一个需综合考虑的因素。对于架空配电网，绝缘费用不显著，采用中性点小电流接地系统的优点显现出来了。

1.2. 安全供电质量因素

单相接地故障对安全和供电质量的影响取决于故障电流、故障电压、中性点位移电压这三个数据及故障的持续时间。

（1）故障电流的影响

假若一个人直接接触到线路导线，则电流将流过他的身体，其后果（在个别生还情况下）取决于电流的幅值和持续时间。

一部分电能消耗在故障当地，会导致就地破坏（机械效应），或发生火灾（热效应）。故障释放的能力越多，破坏作用越大。

具有上述两个效应的故障电流，其幅值大小决定着一个故障被允许持续存在的最长时间，同时还决定着故障从电弧自灭到相间短路的各种发展可能性。对供电质量来说，其结果是完全不同的。

（2）故障电压的影响

故障电压与故障电流直接有关。较高的跨步电压与接触电压可能存在于故障点附近，因而会对故障点处的人造成伤害。如果出现显著的接地耦合或内联，必须强制其电压不得超过相邻设备的绝缘水平（低压和电话网络，用户设备等等）。

（3）中性点位移电压的影响

无论一个故障何时出现，中性点位移电压都以通常方式施加到整个网络上。由于这个原因，该网络必须额外地满足相对地的绝缘要求。这就意味着绝缘水平的提高和费用增加。

安全因素是选择配电网络接地方式时重要考虑的因素。因为它涉及到人身安全、设备安全和企业安全等问题。首先，不同的中性点接地方式在发生人身触电事故时，流过人身的故障电流以及电弧能量的大小是不一样的，不同的接地方式使系统断路器的动作时限也不同，所以对触电人员的伤害也会有轻重之分。国内外都有许多的现实的例子能够说明，比如1992年8月，徐州矿务局权台煤矿电气维修工人王某，在6kV高压开关柜内检修时，开关柜误送6kV电压，王某头部、背部，胳膊等多处对地放电。但经过诊断只是皮肤烧伤，身体并没留下残疾。事后分析正是因为该矿采用了自动跟踪补偿消弧系统，才出现上述奇迹。另外，不同的中性点接地方式与网络中的各类电气设备的安全与否密切相关。对中性点不接地系统，其系统的相地间短路是通过相关导体的对地电容形成通道，总电流值等于非故障线路导体对地电容电流的总和；对谐振接地系统，其中性点通过消弧线圈（消弧电抗器）接地，其感抗值与输电线路的对地电容的容抗值相等或差值很小，线路对地间的分布电容电流由消弧线圈产生的电感电流来补偿，从而使电弧很小或熄灭。偶然的接地故障是不可避免的，而是否引起电气设备的故障或火灾，则直接与通过接地点的故障电流的大小有关。还有，对于工业企业的安全生产，其供电系统的供电可靠性是与之紧密相关的。各类企业产品的工艺过程对供电的连续性要求不尽相同。在某些企业中，瞬间的断电将会给它们的产品生产带来巨大的损失。

1.3. 过电压因素

这也是选择系统接地方式时的重要因素。国内外科研成果的一致结论是，谐振接地系统的弧光接地过电压、配电变压器高压绕组接地过电压、铁磁谐振过电压等，可以在电网的中性点接上消弧线圈，尤其是近几年广泛使用的自动跟踪补偿消弧线圈，上述的三种过电压都可以被抑制，甚至被完全消除。而断线谐振过电压与消弧线圈的运行状态有关，在过补偿和全补偿状态下，其值不会产生对设备的损坏。有效接地系统中的各类过电压值较低，这是该接地方式具有的优点。

1.4. 高电位转移

具有谐振或电阻接地的发电厂、变电站，通常都存在着高压系统接地故障产生的高电位向低压侧转移的危险。近年来，国内外对这一课题都作了不少的研究。国际电工委员会标准和我国国家标准中，都对此有专门的规定，这是规划选择接地方式时一定要考虑的因素。

1.5. 电网继电保护的选择性和灵敏性

在通常的电力系统实际运行中，有效接地系统中的继电保护灵敏性和选择性较好，而非有效接地系统中的接地保护则是个难点，甚至这个原因一时都成为不愿采用谐振接地方式的理由。但是，随着现代微电子技术和单片机技术的发展成熟，适用于非有效接地系统的接地选线保护装置已日臻完善，它已成为谐振接地系统和不接地系统不可缺少的有力支柱。

1.6. 电弧重燃的条件

在不接地系统中，电弧的起弧、重燃或振荡的接地故障，在某些条件下能产生高达6倍于正常电压的冲击电压。产生这种结果的必要条件是在每次电弧熄灭后要比前一次电弧熄灭后以更快的速率建立起电弧通道的电介质强度。然而这个现象是不会出现在有消弧线圈的谐振接地系统中的，这就成为采用谐振接地系统的理由之一了。另外在中性点电阻接地系统中，由于电阻器的存在，破坏了每次起弧或重燃之后的任何高频振荡，同时由于中性点对地偏移减少等原因，这种因间歇接地故障而产生的暂态电压是比较有效的。

二、中性点接地方式的选择

故障中电能的耗散是保障安全、改善供电质量的关键，可选择如下两种接地方式实现：小电流接地方式，减少电流幅值，故障电流存在时间较长也不致造成危害；大电流接地方式，缩短故障时间，故障电流较大也不致造成危害。

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（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等。

    2.1. 一些国家配电网中性点接地方式的选用情况

世界各国采用的配电网中性点接地方式，随电压等级不同而不同。对同一电压等级的配电网，各个国家及其各城市配电网中性点接地方式也不尽相同。下面介绍一些国家配电网中性点接地方式的历史情况和近年来的研究改进情况。

原苏联，小电流接地系统选线获得了广泛应用，并对其保护原理和装置的研究给予了充分重视，发表了多篇论文，研制了几代装置。保护原理也从过流、无功方向，发展到群体比幅。后者比我国学者提出的原理滞后四年，装置由电磁式继电器，晶体管发展到模拟集成电路和数字电路，直至微机构成的装置。日本在供电、钢铁、化工用电中应用较为普遍，且系统多为中性点不接地系统和中性点经电阻接地系统，因此选线原理比较简单，采用了基波无功方向型继电器。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入了不少力量。利用光导纤维研究的架空线和电缆零序互感器OZCT实验获得成功。至于美国，小电流接地系统单相接地保护被认为难以实现，且过压严重。因此他们宁愿在供电网架结构上多投资以保证供电可靠性，也不愿意在小电流接地系统单相接地保护上进行研究。但近年来IEEE的专题报告中也认为应当加强小电流接地系统的研究保护工作。法国在使用中性点经电阻接地系统几十年后，现在正以中性点经消弧线圈接地系统取代中性点经电阻接地系统。德国多使用中性点经消弧线圈接地系统，并于30年代就提出了反映接地故障开始时暂态过程的单相接地保护原理。研制了便携式接地报警器，而挪威一家公司则利用测量空间电场和磁场的相位，反映零序电压和零序电流的相位，研制了悬挂式接地报警指示器，分段悬挂在线路和分叉上。

    2.2. 关于我国城市配电网中性点接地方式的要求

（1）城网中性点运行方式一般为：

    220kV，直接接地（必要时也可经电阻或经电抗接地）；

    110kV，直接接地（必要时也可经电阻、电抗接地或经消弧线圈接地）；

    6、35、10kV，不接地或经电阻、电抗、消弧线圈接地；

    380/220V，直接接地。

（2）35、10kV城网中以电缆为主的电网，必要时可采用中性点经小电阻或中电阻接地。确定中性点运行方式时，必须全面研究以下各个方面：

保证供电可靠性要求；

    单相接地时，健全相最大的工频电压升高应尽可能小；

    单相接地故障时的短路故障电流应在对通信线路干扰影响的容许范围内；

    单相接地时故障线路的继电保护应有足够的灵敏度和选择性。

（3）110kV及220kV 系统应采用有效接地方式。系统中变压器中性点直接接地或经低值阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地，但在所有系统条件下应使其零序与正序电抗之比（X0/X1）为正值并且不大于3，而且零序电阻与正序电抗之比（R0/X1）为正值并且不大于1。

（4）3~35kV不直接接地发电机的系数，当单相接地故障电流不大于下列数值时，宜采用不接地方式，否则可采用经消弧线圈接地方式。

    3~10kV系统，30A；

    20kV 及以上系统，10A。

6kV和10kV分区供电的架空配电系统，当单相接地故障电流在10A以上时，根据运行经验也可采用经消弧线圈接地方式。

（5）6~35kV城市或企业内部主要由电缆线路构成的送、配电（不包括发电厂厂用电和煤炭企业）系统，单相接地故障电流较大时，根据供电可靠性要求，故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响，对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等，可采用经低值电阻（单相接地故障、瞬时跳闸）接地方式。

（6）6kV和10kV主要由架空线路构成的配电系统，单相接地故障电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对电气设备的损害，可采用经高值电阻（单相接地故障、不瞬时跳闸）接地方式。电阻值的选取应兼顾不影响接地故障电弧的自灭和过电压的要求。

（7）消弧线圈的应用

经消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过额定相电压的15%。

    消弧线圈接地系统故障点的残余电流，对未经补偿时单相接地故障电流超过30A的3~10kV系统和35kV及以上系统，分别不宜超过10A和5A，必要时将系统分区运行。消弧线圈应采用过补偿方式运行。如消弧线圈容量不足，允许短时期以欠补偿方式运行，但脱谐度不宜超过10%。

    消弧线圈的容量应根据系统5~10年的发展规划确定，并按下式计算

                        （3–65）

式中，W——消弧线圈的容量，kVA；

      ——接地电容电流，A；

      ——系统标称电压，kV。

此外，对于消弧线圈接于变压器绕组的中性点时，要注意变压器容量和消弧线圈容量的配合问题。

2.3. 我国常用接地方式

在我国按照不同的电压等级通常采用以下接地方式：

（1）330kV及以上（超高压）：中性点采用有效接地方式。

（2）110kV～220kV（高压）：中性点通常采用有效接地方式，部分变压器中性点可采用不接地系统。

    （3）3kV～66kV（中压）：中性点通常采用不接地方式或谐振接地方式，在少数城市和若干工矿企业开始采用小电阻或大电阻接地方式。

根据国家标准（GB50070-94）《矿山电力设计规范》规定，当单相接地电容电流小于等于10A时，宜采用电源中性点不接地方式；大于10A时，必须采用措施。我国电力行业推荐性标准（DL/T620-1997）《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》作了如下规定：

    （1）3～10kV不直接连接发电机的系统和35、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，采用不接地方式；当超过下列数值时，应采用消弧线圈接地方式。

3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35、66kV系统，10A.；

3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，电压为3kV和6kV时，30A；电压为10kV时，20A；3～10kV电缆线路构成的系统，30A。

    （2）3～10kV具有发电机的系统，发电机内部发生单相接地故障不要求瞬间切除时，如单相接地故障电容电流不大于表3–1中所列值时，应采用不接地方式；大于该允许值时，应采用消弧线圈接地方式，且故障点残余电流不得大于该允许值。消弧线圈可装在厂用变压器上，也可装在发电机的中性点上。

    发电机内部发生单相接地故障要求瞬间切机时，宜采用高电阻接地方式。电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。

    （3）电压为6～35 kV且主要由电缆线路构成的送、配电系统，在单相接地故障电容电流较大时，可以采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性的要求、故障时瞬间电压、瞬态电流对电气设备和通信的影响及继电保护方面的技术要求以及本地的运行经验等。

    （4）6kV和10kV配电系统以及单相接地故障电流较小的发电厂厂用电系统，为了防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损坏，可采用高电阻接地方式。