10kV配电网不同接地方式分析与比较论文_屠友强1,,周妮娜2

摘要：10kV配电系统是连接电力系统和电力用户的终端网络，其接地方式的选择对着整个电力系统可靠性有至关重要意义，在我国的10kV配电网中，中性点的运行方式主要存在不接地、经消弧线圈接地和低阻接地三种形式。不同的接地方式各有优缺点，在进行接地方案选取的时候需要针对不同地域的用电特点从实际出发做出选择。

1.中性点不接地

电力系统中采用中性点不接地方式运行时，系统中发生的单相接地故障将导致中性点电压发生位移，非故障相电压的幅值将会被增大到原来的两倍，即线电压，但是此种方式的最大优点在于可带故障运行。如下图1中表示中性点不接地系统中的电路图和系统不接地运行时的电流和电压的向量图。系统在正常运行的情况下，三相电压、、容性电流IC1、IC2、IC3是对称，因此其相量和为零，即中性点电流为零。

图1 中性点不接地运行方式的示意图及相量图

（a）电路图；（b）相量图

在发生单相接地故障时，中性点不接地系统的故障电流通过下式（1）的公式计算。

（1）

其中：代表系统的电压，为向量，C代表了系统中所有的对地电容之和，因此，系统的中性点电压为：

（2）

短路电流幅值为：

（3）

非故障相电压为：

（4）

式中：为系统相电压。

根据电力系统的实际运行，通常单相接地故障发生后总会伴随着间歇性电弧过电压。

2.经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈的接地方式的实现时通过变压器的中性点与大地接地点之间通过一个电感线圈连接。当系统发生故障，如系统中常见的单相接地，中性点的消弧线圈两端的电压为相电压，而故障点处的故障电流则为接地电容电流和电感电流的矢量和。系统中接地电容电流与电压相差90°，且超前；电感电流则滞后电压90°，因此接地电容电流和电感电流相差90°，因此他们可以在故障点进行互补。

图2经消弧线圈接地的系统示意图及相量图

（a）电路图；（b）相量图

中性点经消弧线圈接地的系统中，如果发生单相接地故障时，可以通过与形成接地电容电流大小相等的电感电流，用其与电容电流做到相互补偿，这样可以实现降低故障点的接地电流，同时减轻接地点的电弧及其危害的目的。且当电弧熄灭后，消弧线圈的存在能够阻止故障相电压迅速恢复，达到防止其重燃的电弧对系统产生危害。电力系统采用经过消弧线圈接地后将减小接地故障电流限制非故障相电压升高，因此系统发生单相接地后无需立即跳闸，提高了供电可靠性。

经消弧线圈接地系统中发生单相接地故障后的故障电流计算公式为：

（5）

式中，L表示选择的消弧线圈电感的大小。中性点电压为：

（7）

现对消弧线圈失谐度、和谐度做以下定义：

（8）

（9）

通过调整消弧线圈电感数值，可以选择如下三种运行：

a）全补偿：线路对地电容电流和补偿电感电流量数值上恰好相等，可以使得故障电流最小，极端情况下可以减小为零。

b）欠补偿：即指用来补偿的电感电流小于故障后系统的容性电流，补偿后的电流仍然呈现出容性。

c）过补偿：类比可知，即被补偿的电感电流大于故障后系统的容性电流，补偿后的电流特性仍然呈感性。

通过合适选择消弧线圈的大小，可以使系统工作条件满足在谐振条件，这样可以加速接地电弧的熄灭，综合考虑，电力系统在运行时，应该尽可能选择过补偿的运行方式。中性点经消弧线圈接地的系统，在发生单相故障后，其产生的过电压可用公式（10）来表示：

（10）

非故障相过电压分别为：

（11）

（12）

综合考虑到电流泄露、衰减以及相间电容这些存在的因素，粗略估算非故障相出现的最大暂态过电压将高达3.2Um。一般的情况下，大多数都会用稍微偏离谐振点的过补偿方法。

其优点就是故障点的接地电流比较小，电压恢复比较慢，有利于电弧熄灭，从而避免了单相接地故障残生的间歇性电弧接地过电压和铁磁谐振过电压。此外经消弧线圈接地抑制了电弧的重燃，减少故障点着火、爆炸的可能性。经消弧线圈接地的过电压水平一般不高于2.8（为电压峰值），可充分满足3~60kV配电装置和线路设计标准 。

3.经低电阻接地

为了限制配电网过电压的幅值并且解决消弧线圈容量无法满足电容电流需求的问题，出现了中性点经电阻接地的运行方式。该方式优点在于电容电流在一定范围内时仍可以有效限制间歇性电弧接地过电压和铁磁谐振过电压，无需类似于消弧线圈严格匹配电容电流。

中性点经低电阻接地不仅可以有效抑制谐振过电压，同时可以在该回路中采集到零序电流，便于配置单相接地故障保护，可在迅速切除接地故障线路。

当电力系统发生单相接地故障时，非故障相的对地电压将被抬升，其幅值为原来的倍，表现为原来的线电压，

即 UN=-Uph，UAph=0，UBph=Uph，UCph=Uph，

则 IA=0，IR+Ig+IB+IC=0，

即故障点的电流Ig=-(IR+IB+IC)

图3 中性点经电阻接地系统的向量图

（a）电压向量图（b）电流向量图

中性点低电阻接地后单相故障接地零序电流为：

（13）

（18）

10kV配网的中性点运行方式如果选择经低电阻接地方式时，接地电流宜控制在150～500A范围之内，如果超过此限值，则应该考虑跳闸，达到通过重合闸配合提高可靠供电。

小电阻接地方式的缺陷主要体现在，单相接地故障无论是瞬时还是永久都会跳闸，大大降低了供电的可靠性，不能自我修复瞬时故障是一个重要的问题。

4.各接地方式比较

通过上述具体分析，各种接地方式的优缺点示于表1。

表1中性点不同接地方式的特性

参考文献

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[5]李颖峰. 配电网中性点接地方式探讨[J]. 电力系统保护与控制, 2008, 36(19):58-60.

论文作者:屠友强1,,周妮娜2

论文发表刊物:《当代电力文化》2019年22期

论文发表时间:2020/4/23

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