城市电网中性点接地方式的选择

　　【摘　要】分析城市配电网在中性点直接接地，中性点不接地和中性点经消弧线圈接地三种系统中性点工作方式的特点。综合考虑了供电可靠性，系统绝缘水平和过电压，对电讯设施的影响及继电保护等因素，提出了对不同电压等级和不同供电线路方式的配电网如何合理选择系统的中性点接地方式。
　　
　　【关键词】城网中性点　接地选择
　　
　　我国城市电网的电压等级和电网中性点的接地方式，基本上沿用了前苏联划分的电压等级和采用的中性点接地方式。即将城市配电网大致划分为高压配电网(110kV及以上电压等级)，中压配电网(110kV以下电压等级)，低压配电网(380V及以下电压等级)三种形式。所采用的电网中性点接地方式主要有中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地等三种形式。对于高压配电网，其中性点一般采用直接接地方式；对于中压配电网，其中性点一般采用不接地或经消弧线圈接地；对于低压配电网，其中性点也一般采用直接接地方式。在我国乃至世界其他国家的城市，城网中性点的接地方式，是随着电压等级的不同而采用不同的接地方式。对于同一电压等级的城市配电网，随着城市供电线路是以架空线路为主的配电网，还是以电缆线路为主的配电网，其中性点接地方式也不尽相同。然而，在城市配电网中，不管选择何种中性点接地方式，都必须综合研究以下几个方面的问题：
　　
　　(1)要考虑配电网在各种运行方式下，必须满足用户对供电可靠性的要求；
　　
　　(2)当电网发生故障时，异常电压和异常电流对供电设备的影响尽可能小；
　　
　　(3)发生单相接地故障时，单相接地电流对电讯线路和电讯设备的干扰影响和危险影响必须在容许范围之内；
　　
　　(4)单相接地故障时，故障线路的继电保护应有较高的灵敏度和准确的选择性；
　　
　　(5)必须符合有关的设计规范和满足相应的设备技术要求。下面，我们将通过分析各种形式的电网中性点接地方式的特点，介绍在城市配电网中如何合理选择电网的中性点接地方式。希望能在城市电网建设改造和城市电网发展规划中起到一些参考作用。
　　
　　一、系统中性点直接接地工作方式的特点及其在城网建设规划中的合理选用
　　
　　城市电网的中性点接地方式一般可分为直接接地和非直接接地：直接接地是指中性点直接接地和中性点经低值电阻接地；非直接接地是指中性点不接地或中性点经高阻抗接地。电网在正常运行时，不论是采用直接接地方式，还是采用非直接接地方式，电网的电压或电流并不因中性点接地方式的不同而改变。但是，当电网发生任何一相接地故障时，故障相与非故障相的电压和电流却因中性点接地方式的不同而产生很大的差异。首先，对于中性点直接接地方式，当电网的任何一相发生金属性接地故障时，故障相产生的强大接地短路电流，足够使继电保护有选择性地动作，瞬时切除故障线路，而非故障相则基本上能够使其相电压稳定在故障前的电压水平上。同时，在中性点直接接地电网中，由于电网的额定相电压正常时只有电网额定电压等级的，降低了对高压电气设备的绝缘要求，节约了工程的建设费用。因此，在高电压等级的城市配电网中，仍然以中性点直接接地方式作为电网的主要接地运行方式。然而，在中性点直接接地电网中，存在的主要问题是当电网发生单相接地故障时，故障相将产生很大的接地短路电流Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0)，其接地短路电流值有时甚至超过三相短路电流值。强大的短路电流不但对电气设备造成严重的损坏，而且会对邻近的电信线路和设备产生干扰影响和危险因素。其次，对于中性点经低值电阻接地方式，可以看成是中性点直接接地的一种特殊形式。在中性点经低值电阻接地方式中，相当于增加了单相接地时的零序电阻，3Rn，单相接地时产生的接地短路电流为Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0＋3Rn)。与中性点直接接地方式相比，中性点经电阻接地方式增加了零序回路的零序阻抗，减小了故障相的接地短路电流。同时，通过改变3Rn的电阻值，可以调整接地短路电流的大小。因此，中性点经低值电阻接地方式的配电网，比较适合于配电线路较长，线路相对地电容电流值较大的大中型城市中压配电网。尤其是以地下电缆线路为主要供电线路的城市配电网，还有利于降低电缆线路的投资。另外，对中性点接地电阻值的选取，则应根据城市电网供电线路的不同形式进行选择。在以电缆线路为主要供电形式的城市配电网中，一般采用较大的接地阻值电流值来选取中性点接地电阻。在以架空线路为主要供电形式的城市配电网中，一般采用较小的接地阻值电流值来选取中性点接地电阻。中性点经低值电阻接地方式的配电网，在发生单相接地故障时，同中性点直接接地方式相似，故障相仍然产生很大的接地短路电流。因此，对于中性点直接接地方式，包括中性点经低值电阻接地方式。在发生电网单相接地故障时，必须使继电保护瞬时动作于接地故障线路，快速地和有选择性地切除故障线路。在提高供电可靠性方面，则可通过采用环网供电方式或配合综合自动化装置，使供电可靠性达到为用户所接受的水平。因此，中性点直接接地或中性点经低值电阻接地的城市配电网在发生单相接地故障时，对电讯线路产生的感性耦合干扰影响和危险影响都属于瞬时影响。同时，由于城市电讯线路目前已极少采用架空通讯明线。其讯号传输基本上采用了光纤，微波或电缆线路的传输形式。所以，上述接地方式的城市配电网发生单相接地时，接地短路电流对光纤等电讯线路产生的感性耦合干扰影响和危险影响极小，可以不予考虑。
　　
　　二、系统中性点非直接接地工作方式的特点及其在城网建设规划中的合理选用
　　
　　中性点不接地和中性点经消弧线圈接地是电网中性点非直接接地的两种主要接线方式，中性点不接地是一种最简单的电网中性点接线方式。由于中性点不接地，当电网发生单相接地故障时，流过故障点的短路电流为电网非故障线路的相对地电容电流之和，故障电流可以通过公式Id=3ωCUp求出结果。在以架空线路为主要供电线路的城市配电网中，Id一般为数安培到数十安培。在以电缆线路为主要供电线路的城市配电网中，Id可以达到数百安掊，甚至更大的数值。因此，在以架空线路为主要供电线路的城市配电网中，线路接地故障时产生的接地电容电流一般不会引起继电保护动作跳闸。但是，在中性点不接地系统中发生一相接地时，故障相的电位为地电位，非故障相对地电位将升高到线电压。导致三相对地电位严重不平衡，有可能对邻近的电讯线路产生容性耦合影响。由于中性点不接地的电网发生单相接地故障时，允许在单相接地故障情况下继续运行2小时。因此，单相接地故障时，接地电流对电讯线路产生的容性耦合影响将是长时间的。另外，当接地电容电流较大，有足够的能量来维持接地电弧燃烧时，电网将会出现较严重的弧光接地过电压。其过电压值可以是正常电压值的3至3.5倍，这个过电压值可以击穿电网中绝缘薄弱的地方，从而产生两点或多点接地现象，造成线路跳闸。为了减少在中性点不接地方式下发生单相接地故障时的接地电容电流，防止产生弧光接地过电压，早在1916年德国工程师彼得逊就发明了在中性点上接一个电感线圈，即中性点经电感线圈接地。利用这个电感线圈产生的感性电流来抵消接地电容电流，从而达到消除单相接地故障时产生弧光接地过电压。因此，这个电感线圈也就被称为消弧线圈。在中性点经消弧线圈接地的城市电网中，当电网发生单相接地故障时，在变压器的中性点上将产生一个位移电压。这个位移电压将在电感线圈中产生感性电流IL，与非故障相产生的接地电容电流IC相迭加。通过调节电感电流IL的大小，可使IC与IL的相量和接近于零，从而大大地减小了接地电容电流。如果适当调整消弧线圈的脱谐度，使补偿电流IL略大于电容电流IC，则可以达到消弧的目的。然而，当电网系统运行方式发生改变时，则需要手动切换消弧线圈的分接头来改变补偿电流，调整消弧线圈的脱谐度。这对于需要经常改变运行方式的城市配电网，尤其是存在着电缆线路和架空线路输电的混合型城市配电网，则有一定的困难。而能够自动跟踪调节补偿电流的消弧线圈，目前尚缺乏实际运行经验。因此，中性点经消弧线圈接地的接线方式，一般只适应于以架空线路为主的、较小型的城市配电网。或者采用中性点不接地方式，配合接地故障计算机在线检测装置或微机继电保护装置。以简化运行方式，降低运行费用，并对用户维持适当的供电可靠性。
　　
　　参考文献：
　　
　　1.《城市电力网规划设计导则》
　　
　　2.《电力系统继电保护》李骏年主编