配電網中性點接地方式及改造

國網江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 許家響 張祥帥 范小輝

1 引言

在我國配電網中，80%以上的故障是由線路單相接地引起的，架空線為主的電網單相故障中絕大多數(shù)為瞬時性故障，合理選用中性點接地方式，可以減少線路故障跳閘次數(shù)，提高供電的可靠性。近年來，隨著配電網的電纜化率逐步提高，部分區(qū)域變電站的電容電流快速增長，通過對原接地方式進行改造，能有效解決單相接地故障電流超標的影響，有利于提高電網安全運行水平[1-3]。

2 常見的中性點接地方式

目前，國內配電網中性點接地方式主要有不接地、經消弧線圈或低電阻接地三種典型的接地方式[4-5]。

2.1 不接地

中性點不接地方式的結構最簡單，是一種配電網之前經常采用的方式。在配電網出現(xiàn)持續(xù)的單相接地時，由于中性點沒有接地，使得變壓器內部三相間電壓的對稱性不變。而接地點的故障電流只是配電網對地電容的電流，是比較小的，運行中不需要立即切除發(fā)生接地故障的線路，能夠在內繼續(xù)對用戶供電，減少因故障造成的停電時間，提高了供電可靠性，但是對配電網的整體絕緣水平要求較高。

2.2 經消弧線圈接地

隨著經濟發(fā)展，城市配電網入地工程使得電纜線路應用不斷增加，配電網系統(tǒng)的對地電容快速增長。對地電容的增加使得單相接地故障電流劇增。當接地電流在10~30A 時，故障點可形成間歇性的電??；當接地電流大于30A 時，故障點可形成穩(wěn)定的電弧，穩(wěn)定的電弧可發(fā)展為持續(xù)性的接地故障。中性點經消弧線圈接地，流過消弧線圈的電流為感性電流，在單相接地故障時能夠補償非故障相的容性電流，降低了故障點電流，進而有助于熄滅故障電流產生的電弧。

2.3 經低電阻接地

對于中性點不接地配電網系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，故障點的接地電流雖然較小，產生的間歇性電弧也可引起過電壓，造成非故障相的對地電位升高至配電網系統(tǒng)的線電壓，這時對配電網整體絕緣要求較高，絕緣薄弱處可能造成相間絕緣擊穿短路，引起事故擴大。通過在配電網的中性點（或經接地變壓器引出的中性點）串接低電阻接地，此電阻與配電網系統(tǒng)的對地電容為并聯(lián)關系。出現(xiàn)單相接地故障時，間歇性電弧的能量可以由該電阻吸收，大大降低間歇性電弧的重燃概率，從而降低非故障相的過電壓幅值。

2.4 中性點接地方式選用原則

一是配電網中性點選擇哪一種接地方式，具體應根據系統(tǒng)中對地電容電流的數(shù)值，綜合考慮系統(tǒng)整體絕緣水平以及所帶負荷的需求情況、線路常見故障形式等，并參考保留配電網發(fā)展的裕量。

二是不同類型供電區(qū)域配電網的中性點接地方式宜符合表1的要求。

表1 供電區(qū)域配電網適用的接地方式

三是按照發(fā)生單相接地故障時故障點電容電流的大小考慮，接地電流宜控制在1000A 以下；同一等級的規(guī)劃區(qū)域內宜采用相同的中性點接地方式，以方便對負荷進行轉供。配電網中性點接地方式選擇應符合表2中的原則。

表2 配電網中性點接地方式選擇

3 中性點不接地方式的改造

中性點不接地的配電網系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時的電容電流超過10A 時，同時要求能夠在故障條件下運行，可將接地方式改造為經消弧線圈接地。

4 中性點經消弧線圈接地方式的改造

4.1 消弧線圈接地方式存在的問題

4.1.1 消弧線圈容量不足引起欠補償

隨著電網的升級改造，中性點經消弧線圈接地方式面臨的主要問題是，消弧線圈容量不足導致系統(tǒng)電容電流欠補償。對于欠補償不是特別嚴重的情況，消弧線圈增容改造是近年來國內大部分城市電網所采用的最主要且相對簡單、成熟的方案。但是這種方案最大的劣勢在于，消弧線圈的增容相對滯后于配電網系統(tǒng)的入地改造。同時，部分變電站的電容電流已經超過了消弧線圈最大補償容量（1000kVA）的上限，如表3所示。

表3 某城區(qū)配電網電容電流補償情況表

4.1.2 消弧線圈接地選線準確率偏低

消弧線圈接地方式的另一個問題是發(fā)生接地故障時的選線準確率偏低，2016年國家電網多家省公司及電科院已開展過消弧線圈選線試驗，結果均證明消弧線圈選線準確率實際偏低。

4.1.3 低電阻接地方式的論證

低電阻接地方式優(yōu)點。一是當系統(tǒng)中某條線路發(fā)生單相接地時，能夠可靠動作切除接地故障，保證其他無故障線路可靠運行，減少接地選跳對其他線路供電的影響。二是由于在第一時間將故障切除，降低了因接地故障引起非故障相電壓升高時系統(tǒng)內絕緣薄弱環(huán)節(jié)絕緣擊穿的概率。三是在同一系統(tǒng)出現(xiàn)兩條或以上線路接地時，經低電阻接地系統(tǒng)可以使接地線路跳閘，避免了停電選跳的過程。

現(xiàn)代城市電網低電阻改造的條件。近年來，國內一些城市電網加強配電網建設，通過更換絕緣導線、加裝絕緣護罩、采用全絕緣設備，目前已實現(xiàn)架空線路全絕緣化，絕緣化率達到100%，線路電纜化率已接近達到80%，為低電阻接地方式改造提供了良好的條件。國內一些城市自20世紀九十年代起，已經開始采用中性點經低電阻接地方式，并投運至今，擁有成熟可靠的運維經驗。

4.2 經低電阻接地的主要接線方式

對于變壓器聯(lián)結組別以及變電站內一次設備布置的不同情況，依據《國家電網公司輸變電工程通用設計110（66）kV 智能變電站模塊化建設（2015年版）》110kV 變電站部分方案，低電阻接地有兩種典型接線方式，如圖1所示。

圖1 中性點經低電阻接地的兩種典型接線方式

方式一：接地變接地電阻成套裝置直接接至主變壓器次級首端。改造時將消弧線圈退出運行，增加低電阻接地變成套裝置一套接于主變次級首端，核對所有出線開關柜內零序電流互感器功能。變電站繼電保護配置做相應的調整，以滿足接地方式的改變。

方式二：接地變接地電阻成套裝置通過斷路器接至母線。改造時母線上原消弧線圈退出運行，增加低電阻裝置接于接地變中性點后，核對所有出線開關柜內零序電流互感器功能。變電站繼電保護配置做相應的調整，以滿足接地方式的改變。

4.3 中性點改造為經低電阻接地方式的應用實例

以國內某城市電網110kV 某變電站為例，用上節(jié)提到的方式一（主變次級首端加裝低電阻成套裝置）作為此變電站的改造方式。

4.3.1 改造前系統(tǒng)運行情況

此變電站＃1消弧線圈于2008年7月投運，其額定電流為75A，根據測算，2013年系統(tǒng)電容電流值為85.45A，嚴重欠補償，列入技改計劃。2014年增容至1000kVA，額定電流165A。

2016年4月10日，此變電站發(fā)生電纜起火故障，現(xiàn)場調取控制裝置上的動作記錄情況（見表4），可見在系統(tǒng)電容電流滿足過補償?shù)臈l件下，仍存在殘流過大及中性點位移電壓超標的情況，可能導致電弧不能自然熄滅，最終引起相間短路及火災事故。

表4 110kV 某變電站消弧線圈接地動作情況

4.3.2 改造后系統(tǒng)運行情況

對改造為低電阻接地方式后的此變電站，調取2017年全年的動作記錄發(fā)現(xiàn)，保護均正確動作，并及時切除故障線路，見表5。

表5 110kV 某變電站低電阻改造后保護動作情況

通過對比改造前后的情況，可以發(fā)現(xiàn)，消弧線圈接地方式受限于采樣準確率、選線正確率以及調檔機構可靠性等，且無法消除系統(tǒng)阻性分量帶來的殘流影響，當系統(tǒng)發(fā)生接地時并不能從根本上保證電網設備的安全穩(wěn)定運行；低電阻接地方式下，零序保護能夠可靠動作，精準切除接地故障，徹底消除了系統(tǒng)發(fā)生

長時接地可能引起的設備火災隱患。

5 結語

中性點的接地方式關系著配電網系統(tǒng)中設備的整體絕緣水平、繼電保護的配合以及供電的可靠性。本文上述的不同中性點接地方式彼此各有優(yōu)缺點，應參照不同配電網的具體情況，對不同接地方式的技術經濟綜合考量后進行選擇，同時本文給出了中性點接地方式幾種典型的改造方式，為電力從業(yè)人員在配電網中性點接地方式的選用和改造上提供參考幫助。