鄭 妍，張 洋，劉艷芬

（1.密蘇里大學(xué)，美國哥倫比亞 999076；2.斯特拉斯克萊德大學(xué)，英國格拉斯哥市 G 209 H E；3.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司供電廠，內(nèi)蒙古包頭014010）

1 前言

過去我國配電網(wǎng)是以架空線為主的放射形結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，中性點(diǎn)主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)網(wǎng)供電、雙電源供電以及電纜的大量采用，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地在我國某些城市電網(wǎng)以及工礦企業(yè)配電網(wǎng)也得到應(yīng)用。每一種中性點(diǎn)接地方式各有其特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)充分考慮各種因素如本地區(qū)特點(diǎn)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電可靠性、設(shè)備與線路的絕緣水平等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從長遠(yuǎn)的發(fā)展觀點(diǎn)，因地制宜地確定配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式。

2 各種配電網(wǎng)常用的接地方式的單相接地故障分析

2.1 中性點(diǎn)不接地

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)C相不完全接地故障的電路圖[1]和矢量圖如圖1所示。

C相經(jīng)過過渡電阻Rd接地，各相對地電壓由下式表示：

式中，UA、UB、UC為相電壓，UAd、UBd、UCd、UNd分別為各相和中性點(diǎn)對地電壓。利用地中電流總和為零的關(guān)系，可得：

中性點(diǎn)位移電壓由下式計(jì)算：

式中，YA、YB、YC分別為三相對地導(dǎo)納，可由下式計(jì)算：

式中，C0為三相對地電容，即CA=CB=CC=C0

將式（4）代入式（3）得：

分析式（5）可知，當(dāng)Rd變化時(shí)，矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓UC為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，如圖1（b）所示。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)C相不完全接地故障電路圖如圖2所示。

顯然在此系統(tǒng)中，式（2）將變?yōu)椋?/p>

從而可得

A、B、C相和中性點(diǎn)對地導(dǎo)納 YA、YB、YC、YL由下式計(jì)算：

式中，C0為三相對地電容，L為消弧線圈的電感。

將式（8）代入式（7）得：

分析式（9）可知，當(dāng)Rd變化時(shí)，可分3種情況討論：

（1）欠補(bǔ)償。矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓Uc為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，跟中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)完全一樣。

（2）全補(bǔ)償。矢量UNd始端固定在點(diǎn)C，此時(shí)C′等于0。

（3）過補(bǔ)償。矢量UNd始端的軌跡是以接地相電壓Uc為直徑的位于其逆時(shí)針一側(cè)的半圓，與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相位相反。

2.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)只是將圖2的消弧線圈換成電阻R，顯然式（6）將變?yōu)椋?/p>

A、B、C相對地導(dǎo)納 YA、YB、YC與前述相同，中性點(diǎn)對地導(dǎo)納

當(dāng)發(fā)生C相不完全接地故障時(shí)，隨著Rd的變化，矢量UNd始端的軌跡是以接地相的相電壓Uc為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半圓，當(dāng)Rd為無窮大時(shí)，系統(tǒng)對稱運(yùn)行，無接地現(xiàn)象；當(dāng)Rd=0時(shí)，系統(tǒng)處于金屬性單相接地狀態(tài)，流入接地點(diǎn)的電流為電阻電流和系統(tǒng)對地電容電流之和。

3 各種配電網(wǎng)接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 中性點(diǎn)不接地方式

10k V配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，由于三個(gè)線電壓大小不變，仍保持對稱，對負(fù)荷的供電沒有影響，故規(guī)程規(guī)定，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行2h，從而獲得選擇接地點(diǎn)并排除故障的時(shí)間，相對地提高了供電的可靠性，這是它的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，流過故障點(diǎn)電流僅為電網(wǎng)對地的電容電流，該電容電流超前電壓90°，當(dāng)故障點(diǎn)的電容電流在第一個(gè)半波過零熄弧時(shí)，加在故障點(diǎn)上的電壓正好為峰值，若電容電流過大，空氣游離嚴(yán)重，極易把故障點(diǎn)重新?lián)舸?/p>

大型工礦企業(yè)10k V配電網(wǎng)大多采用電纜饋出，且饋出回路數(shù)較多，由于大型啟動(dòng)設(shè)備較多，負(fù)荷較重，每一饋出回路的電纜根數(shù)也較多，導(dǎo)致配電網(wǎng)單相接地電容電流較大，通常超過規(guī)程規(guī)定的30A。同時(shí)由于電纜敷設(shè)、中間頭及終端頭制作工藝、電纜溝進(jìn)水、外力施工破壞等原因，經(jīng)常出現(xiàn)電纜單相接地故障。

由于單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電弧不能自行熄滅，在發(fā)生弧光接地時(shí)，電弧的反復(fù)熄滅與重燃，產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓，對設(shè)備絕緣造成威脅，尤其是一些絕緣薄弱的設(shè)備，導(dǎo)致相間故障、火災(zāi)、多點(diǎn)故障，最終難免引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)，一些對電壓敏感的精密自動(dòng)化控制設(shè)備會(huì)保護(hù)性停機(jī)，給企業(yè)生產(chǎn)帶來更大的損失。

3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

變電站主變10k V側(cè)線圈大多采用三角形接線，故通常采用一次繞組為Z型連接的接地變壓器來引出10k V電網(wǎng)的中性點(diǎn)。利用接于配電網(wǎng)中性點(diǎn)的消弧線圈的電感電流對單相接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使故障點(diǎn)的電流變得很小或接近于零，通過減小故障相電壓的恢復(fù)速度來減小電弧重燃的可能性，使高幅值過電壓出現(xiàn)的概率減小[2]，同時(shí)使消弧線圈接地方式下的最大過電壓略低于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。這樣既減輕了間歇性弧光接地過電壓對設(shè)備絕緣的破壞程度，避免了更大事故的發(fā)生，又保留了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行2h，提高了供電可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

由于消弧線圈本身是感性元件，與對地電容構(gòu)成諧振回路，在參數(shù)匹配不適當(dāng)時(shí)就會(huì)發(fā)生諧振過電壓。同時(shí)由于消弧線圈補(bǔ)償后單相接地電流變小，目前按最大值原理或5次諧波原理構(gòu)成的小電流接地選線裝置在消弧線圈接地系統(tǒng)選線正確率太低，只能通過人工拉路選擇。

由于工礦企業(yè)配電網(wǎng)饋出多為電纜且回路數(shù)較多，在單相接地故障發(fā)生時(shí)，雖然弧光接地過電壓得到了一定的抑制，但故障點(diǎn)的弧光燃燒仍然存在，由于并列倒負(fù)荷時(shí)間較長，往往還沒有選出接地點(diǎn)就出現(xiàn)了電纜放炮或一段母線數(shù)個(gè)高壓柜同時(shí)放炮、著火的嚴(yán)重事故，不但電氣設(shè)備損失大，停電修復(fù)時(shí)間長，對企業(yè)生產(chǎn)線的影響也很大。

3.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式

采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式，由于電阻是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，可降低單相接地工頻過電壓，抑制弧光接地過電壓，大大降低了對設(shè)備絕緣的損害。通過選擇適當(dāng)?shù)慕拥仉娮柚担诖_保零序保護(hù)動(dòng)作靈敏度的前提下將接地電流控制在一定的范圍內(nèi)，通過階梯時(shí)限配合可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的有選擇性快速跳閘，由于保護(hù)動(dòng)作較快且單相短路電流較小，可有效避免火災(zāi)以及絕大多數(shù)相間短路故障的發(fā)生。同時(shí)由于單相接地故障的快速切除，避免了為尋找接地故障進(jìn)行的大量拉合閘操作以及由此產(chǎn)生的過電壓，同時(shí)也減少了發(fā)生人身安全事故的機(jī)會(huì)。

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的缺點(diǎn)是增加了架空線路跳閘次數(shù)；當(dāng)接地變或電阻柜故障而退出運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的主變開關(guān)必須同時(shí)打開，擴(kuò)大了停電范圍。當(dāng)主變壓器或母線并列運(yùn)行時(shí)，不允許幾個(gè)電阻接地系統(tǒng)并列運(yùn)行，以免接地電流過大引起設(shè)備損壞。

4 結(jié)論

（1）據(jù)統(tǒng)計(jì)架空線80%的單相接地故障都是非永久性故障，因此在全架空線的輻射形配電網(wǎng)中，宜采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式，簡單、經(jīng)濟(jì)、供電可靠性高。當(dāng)電容電流增大時(shí)，再考慮按規(guī)范改為經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

（2）大部分10k V配電網(wǎng)都是由電纜和架空線構(gòu)成的混合網(wǎng)絡(luò)，由于電容電流較大，以消弧線圈接地的運(yùn)行方式為主，但當(dāng)電容電流過大，補(bǔ)償有困難時(shí)，再考慮改為經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方式。

（3）由于電纜故障一般為永久性故障，不存在絕緣自恢復(fù)的過程，而且單相接地引發(fā)的過電壓會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大事故，因此全電纜的配電網(wǎng)宜采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式。對于重要用戶增設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：水利電力出版社，1994.

[2]平紹勛，周玉芳.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及運(yùn)行分析[M].北京：中國電力出版社，2010.