【摘 要】分析城市配電網(wǎng)在中性點直接接地，中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地三種系統(tǒng)中性點工作方式的特點。綜合考慮了供電可靠性，系統(tǒng)絕緣水平和過電壓，對電訊設施的影響及繼電保護等因素，提出了對不同電壓等級和不同供電線路方式的配電網(wǎng)如何合理選擇系統(tǒng)的中性點接地方式。
【關鍵詞】城網(wǎng)中性點 接地選擇
我國城市電網(wǎng)的電壓等級和電網(wǎng)中性點的接地方式，基本上沿用了前蘇聯(lián)劃分的電壓等級和采用的中性點接地方式。即將城市配電網(wǎng)大致劃分為高壓配電網(wǎng)(110kV及以上電壓等級)，中壓配電網(wǎng)(110kV以下電壓等級)，低壓配電網(wǎng)(380V及以下電壓等級)三種形式。所采用的電網(wǎng)中性點接地方式主要有中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地等三種形式。對于高壓配電網(wǎng)，其中性點一般采用直接接地方式；對于中壓配電網(wǎng)，其中性點一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地；對于低壓配電網(wǎng)，其中性點也一般采用直接接地方式。在我國乃至世界其他國家的城市，城網(wǎng)中性點的接地方式，是隨著電壓等級的不同而采用不同的接地方式。對于同一電壓等級的城市配電網(wǎng)，隨著城市供電線路是以架空線路為主的配電網(wǎng)，還是以電纜線路為主的配電網(wǎng)，其中性點接地方式也不盡相同。然而，在城市配電網(wǎng)中，不管選擇何種中性點接地方式，都必須綜合研究以下幾個方面的問題：
(1)要考慮配電網(wǎng)在各種運行方式下，必須滿足用戶對供電可靠性的要求；
(2)當電網(wǎng)發(fā)生故障時，異常電壓和異常電流對供電設備的影響盡可能??；
(3)發(fā)生單相接地故障時，單相接地電流對電訊線路和電訊設備的干擾影響和危險影響必須在容許范圍之內(nèi)；
(4)單相接地故障時，故障線路的繼電保護應有較高的靈敏度和準確的選擇性；
(5)必須符合有關的設計規(guī)范和滿足相應的設備技術要求。下面，我們將通過分析各種形式的電網(wǎng)中性點接地方式的特點，介紹在城市配電網(wǎng)中如何合理選擇電網(wǎng)的中性點接地方式。希望能在城市電網(wǎng)建設改造和城市電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中起到一些參考作用。
一、系統(tǒng)中性點直接接地工作方式的特點及其在城網(wǎng)建設規(guī)劃中的合理選用
城市電網(wǎng)的中性點接地方式一般可分為直接接地和非直接接地：直接接地是指中性點直接接地和中性點經(jīng)低值電阻接地；非直接接地是指中性點不接地或中性點經(jīng)高阻抗接地。電網(wǎng)在正常運行時，不論是采用直接接地方式，還是采用非直接接地方式，電網(wǎng)的電壓或電流并不因中性點接地方式的不同而改變。但是，當電網(wǎng)發(fā)生任何一相接地故障時，故障相與非故障相的電壓和電流卻因中性點接地方式的不同而產(chǎn)生很大的差異。首先，對于中性點直接接地方式，當電網(wǎng)的任何一相發(fā)生金屬性接地故障時，故障相產(chǎn)生的強大接地短路電流，足夠使繼電保護有選擇性地動作，瞬時切除故障線路，而非故障相則基本上能夠使其相電壓穩(wěn)定在故障前的電壓水平上。同時，在中性點直接接地電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)的額定相電壓正常時只有電網(wǎng)額定電壓等級的，降低了對高壓電氣設備的絕緣要求，節(jié)約了工程的建設費用。因此，在高電壓等級的城市配電網(wǎng)中，仍然以中性點直接接地方式作為電網(wǎng)的主要接地運行方式。然而，在中性點直接接地電網(wǎng)中，存在的主要問題是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，故障相將產(chǎn)生很大的接地短路電流Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0)，其接地短路電流值有時甚至超過三相短路電流值。強大的短路電流不但對電氣設備造成嚴重的損壞，而且會對鄰近的電信線路和設備產(chǎn)生干擾影響和危險因素。其次，對于中性點經(jīng)低值電阻接地方式，可以看成是中性點直接接地的一種特殊形式。在中性點經(jīng)低值電阻接地方式中，相當于增加了單相接地時的零序電阻，3Rn，單相接地時產(chǎn)生的接地短路電流為Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0＋3Rn)。與中性點直接接地方式相比，中性點經(jīng)電阻接地方式增加了零序回路的零序阻抗，減小了故障相的接地短路電流。同時，通過改變3Rn的電阻值，可以調(diào)整接地短路電流的大小。因此，中性點經(jīng)低值電阻接地方式的配電網(wǎng)，比較適合于配電線路較長，線路相對地電容電流值較大的大中型城市中壓配電網(wǎng)。尤其是以地下電纜線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)，還有利于降低電纜線路的投資。另外，對中性點接地電阻值的選取，則應根據(jù)城市電網(wǎng)供電線路的不同形式進行選擇。在以電纜線路為主要供電形式的城市配電網(wǎng)中，一般采用較大的接地阻值電流值來選取中性點接地電阻。在以架空線路為主要供電形式的城市配電網(wǎng)中，一般采用較小的接地阻值電流值來選取中性點接地電阻。中性點經(jīng)低值電阻接地方式的配電網(wǎng)，在發(fā)生單相接地故障時，同中性點直接接地方式相似，故障相仍然產(chǎn)生很大的接地短路電流。因此，對于中性點直接接地方式，包括中性點經(jīng)低值電阻接地方式。在發(fā)生電網(wǎng)單相接地故障時，必須使繼電保護瞬時動作于接地故障線路，快速地和有選擇性地切除故障線路。在提高供電可靠性方面，則可通過采用環(huán)網(wǎng)供電方式或配合綜合自動化裝置，使供電可靠性達到為用戶所接受的水平。因此，中性點直接接地或中性點經(jīng)低值電阻接地的城市配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時，對電訊線路產(chǎn)生的感性耦合干擾影響和危險影響都屬于瞬時影響。同時，由于城市電訊線路目前已極少采用架空通訊明線。其訊號傳輸基本上采用了光纖，微波或電纜線路的傳輸形式。所以，上述接地方式的城市配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，接地短路電流對光纖等電訊線路產(chǎn)生的感性耦合干擾影響和危險影響極小，可以不予考慮。
二、系統(tǒng)中性點非直接接地工作方式的特點及其在城網(wǎng)建設規(guī)劃中的合理選用
中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地是電網(wǎng)中性點非直接接地的兩種主要接線方式，中性點不接地是一種最簡單的電網(wǎng)中性點接線方式。由于中性點不接地，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的短路電流為電網(wǎng)非故障線路的相對地電容電流之和，故障電流可以通過公式Id=3ωCUp求出結果。在以架空線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，Id一般為數(shù)安培到數(shù)十安培。在以電纜線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，Id可以達到數(shù)百安掊，甚至更大的數(shù)值。因此，在以架空線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，線路接地故障時產(chǎn)生的接地電容電流一般不會引起繼電保護動作跳閘。但是，在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時，故障相的電位為地電位，非故障相對地電位將升高到線電壓。導致三相對地電位嚴重不平衡，有可能對鄰近的電訊線路產(chǎn)生容性耦合影響。由于中性點不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，允許在單相接地故障情況下繼續(xù)運行2小時。因此，單相接地故障時，接地電流對電訊線路產(chǎn)生的容性耦合影響將是長時間的。另外，當接地電容電流較大，有足夠的能量來維持接地電弧燃燒時，電網(wǎng)將會出現(xiàn)較嚴重的弧光接地過電壓。其過電壓值可以是正常電壓值的3至3.5倍，這個過電壓值可以擊穿電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方，從而產(chǎn)生兩點或多點接地現(xiàn)象，造成線路跳閘。為了減少在中性點不接地方式下發(fā)生單相接地故障時的接地電容電流，防止產(chǎn)生弧光接地過電壓，早在1916年德國工程師彼得遜就發(fā)明了在中性點上接一個電感線圈，即中性點經(jīng)電感線圈接地。利用這個電感線圈產(chǎn)生的感性電流來抵消接地電容電流，從而達到消除單相接地故障時產(chǎn)生弧光接地過電壓。因此，這個電感線圈也就被稱為消弧線圈。在中性點經(jīng)消弧線圈接地的城市電網(wǎng)中，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，在變壓器的中性點上將產(chǎn)生一個位移電壓。這個位移電壓將在電感線圈中產(chǎn)生感性電流IL，與非故障相產(chǎn)生的接地電容電流IC相迭加。通過調(diào)節(jié)電感電流IL的大小，可使IC與IL的相量和接近于零，從而大大地減小了接地電容電流。如果適當調(diào)整消弧線圈的脫諧度，使補償電流IL略大于電容電流IC，則可以達到消弧的目的。然而，當電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變時，則需要手動切換消弧線圈的分接頭來改變補償電流，調(diào)整消弧線圈的脫諧度。這對于需要經(jīng)常改變運行方式的城市配電網(wǎng)，尤其是存在著電纜線路和架空線路輸電的混合型城市配電網(wǎng)，則有一定的困難。而能夠自動跟蹤調(diào)節(jié)補償電流的消弧線圈，目前尚缺乏實際運行經(jīng)驗。因此，中性點經(jīng)消弧線圈接地的接線方式，一般只適應于以架空線路為主的、較小型的城市配電網(wǎng)?；蛘卟捎弥行渣c不接地方式，配合接地故障計算機在線檢測裝置或微機繼電保護裝置。以簡化運行方式，降低運行費用，并對用戶維持適當?shù)墓╇娍煽啃浴?BR>
參考文獻：
1.《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》
2.《電力系統(tǒng)繼電保護》李駿年主編
【關鍵詞】城網(wǎng)中性點 接地選擇
我國城市電網(wǎng)的電壓等級和電網(wǎng)中性點的接地方式，基本上沿用了前蘇聯(lián)劃分的電壓等級和采用的中性點接地方式。即將城市配電網(wǎng)大致劃分為高壓配電網(wǎng)(110kV及以上電壓等級)，中壓配電網(wǎng)(110kV以下電壓等級)，低壓配電網(wǎng)(380V及以下電壓等級)三種形式。所采用的電網(wǎng)中性點接地方式主要有中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地等三種形式。對于高壓配電網(wǎng)，其中性點一般采用直接接地方式；對于中壓配電網(wǎng)，其中性點一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地；對于低壓配電網(wǎng)，其中性點也一般采用直接接地方式。在我國乃至世界其他國家的城市，城網(wǎng)中性點的接地方式，是隨著電壓等級的不同而采用不同的接地方式。對于同一電壓等級的城市配電網(wǎng)，隨著城市供電線路是以架空線路為主的配電網(wǎng)，還是以電纜線路為主的配電網(wǎng)，其中性點接地方式也不盡相同。然而，在城市配電網(wǎng)中，不管選擇何種中性點接地方式，都必須綜合研究以下幾個方面的問題：
(1)要考慮配電網(wǎng)在各種運行方式下，必須滿足用戶對供電可靠性的要求；
(2)當電網(wǎng)發(fā)生故障時，異常電壓和異常電流對供電設備的影響盡可能??；
(3)發(fā)生單相接地故障時，單相接地電流對電訊線路和電訊設備的干擾影響和危險影響必須在容許范圍之內(nèi)；
(4)單相接地故障時，故障線路的繼電保護應有較高的靈敏度和準確的選擇性；
(5)必須符合有關的設計規(guī)范和滿足相應的設備技術要求。下面，我們將通過分析各種形式的電網(wǎng)中性點接地方式的特點，介紹在城市配電網(wǎng)中如何合理選擇電網(wǎng)的中性點接地方式。希望能在城市電網(wǎng)建設改造和城市電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中起到一些參考作用。
一、系統(tǒng)中性點直接接地工作方式的特點及其在城網(wǎng)建設規(guī)劃中的合理選用
城市電網(wǎng)的中性點接地方式一般可分為直接接地和非直接接地：直接接地是指中性點直接接地和中性點經(jīng)低值電阻接地；非直接接地是指中性點不接地或中性點經(jīng)高阻抗接地。電網(wǎng)在正常運行時，不論是采用直接接地方式，還是采用非直接接地方式，電網(wǎng)的電壓或電流并不因中性點接地方式的不同而改變。但是，當電網(wǎng)發(fā)生任何一相接地故障時，故障相與非故障相的電壓和電流卻因中性點接地方式的不同而產(chǎn)生很大的差異。首先，對于中性點直接接地方式，當電網(wǎng)的任何一相發(fā)生金屬性接地故障時，故障相產(chǎn)生的強大接地短路電流，足夠使繼電保護有選擇性地動作，瞬時切除故障線路，而非故障相則基本上能夠使其相電壓穩(wěn)定在故障前的電壓水平上。同時，在中性點直接接地電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)的額定相電壓正常時只有電網(wǎng)額定電壓等級的，降低了對高壓電氣設備的絕緣要求，節(jié)約了工程的建設費用。因此，在高電壓等級的城市配電網(wǎng)中，仍然以中性點直接接地方式作為電網(wǎng)的主要接地運行方式。然而，在中性點直接接地電網(wǎng)中，存在的主要問題是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，故障相將產(chǎn)生很大的接地短路電流Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0)，其接地短路電流值有時甚至超過三相短路電流值。強大的短路電流不但對電氣設備造成嚴重的損壞，而且會對鄰近的電信線路和設備產(chǎn)生干擾影響和危險因素。其次，對于中性點經(jīng)低值電阻接地方式，可以看成是中性點直接接地的一種特殊形式。在中性點經(jīng)低值電阻接地方式中，相當于增加了單相接地時的零序電阻，3Rn，單相接地時產(chǎn)生的接地短路電流為Id=3E/(Z1＋Z2＋Z0＋3Rn)。與中性點直接接地方式相比，中性點經(jīng)電阻接地方式增加了零序回路的零序阻抗，減小了故障相的接地短路電流。同時，通過改變3Rn的電阻值，可以調(diào)整接地短路電流的大小。因此，中性點經(jīng)低值電阻接地方式的配電網(wǎng)，比較適合于配電線路較長，線路相對地電容電流值較大的大中型城市中壓配電網(wǎng)。尤其是以地下電纜線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)，還有利于降低電纜線路的投資。另外，對中性點接地電阻值的選取，則應根據(jù)城市電網(wǎng)供電線路的不同形式進行選擇。在以電纜線路為主要供電形式的城市配電網(wǎng)中，一般采用較大的接地阻值電流值來選取中性點接地電阻。在以架空線路為主要供電形式的城市配電網(wǎng)中，一般采用較小的接地阻值電流值來選取中性點接地電阻。中性點經(jīng)低值電阻接地方式的配電網(wǎng)，在發(fā)生單相接地故障時，同中性點直接接地方式相似，故障相仍然產(chǎn)生很大的接地短路電流。因此，對于中性點直接接地方式，包括中性點經(jīng)低值電阻接地方式。在發(fā)生電網(wǎng)單相接地故障時，必須使繼電保護瞬時動作于接地故障線路，快速地和有選擇性地切除故障線路。在提高供電可靠性方面，則可通過采用環(huán)網(wǎng)供電方式或配合綜合自動化裝置，使供電可靠性達到為用戶所接受的水平。因此，中性點直接接地或中性點經(jīng)低值電阻接地的城市配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時，對電訊線路產(chǎn)生的感性耦合干擾影響和危險影響都屬于瞬時影響。同時，由于城市電訊線路目前已極少采用架空通訊明線。其訊號傳輸基本上采用了光纖，微波或電纜線路的傳輸形式。所以，上述接地方式的城市配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，接地短路電流對光纖等電訊線路產(chǎn)生的感性耦合干擾影響和危險影響極小，可以不予考慮。
二、系統(tǒng)中性點非直接接地工作方式的特點及其在城網(wǎng)建設規(guī)劃中的合理選用
中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地是電網(wǎng)中性點非直接接地的兩種主要接線方式，中性點不接地是一種最簡單的電網(wǎng)中性點接線方式。由于中性點不接地，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的短路電流為電網(wǎng)非故障線路的相對地電容電流之和，故障電流可以通過公式Id=3ωCUp求出結果。在以架空線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，Id一般為數(shù)安培到數(shù)十安培。在以電纜線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，Id可以達到數(shù)百安掊，甚至更大的數(shù)值。因此，在以架空線路為主要供電線路的城市配電網(wǎng)中，線路接地故障時產(chǎn)生的接地電容電流一般不會引起繼電保護動作跳閘。但是，在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時，故障相的電位為地電位，非故障相對地電位將升高到線電壓。導致三相對地電位嚴重不平衡，有可能對鄰近的電訊線路產(chǎn)生容性耦合影響。由于中性點不接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，允許在單相接地故障情況下繼續(xù)運行2小時。因此，單相接地故障時，接地電流對電訊線路產(chǎn)生的容性耦合影響將是長時間的。另外，當接地電容電流較大，有足夠的能量來維持接地電弧燃燒時，電網(wǎng)將會出現(xiàn)較嚴重的弧光接地過電壓。其過電壓值可以是正常電壓值的3至3.5倍，這個過電壓值可以擊穿電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方，從而產(chǎn)生兩點或多點接地現(xiàn)象，造成線路跳閘。為了減少在中性點不接地方式下發(fā)生單相接地故障時的接地電容電流，防止產(chǎn)生弧光接地過電壓，早在1916年德國工程師彼得遜就發(fā)明了在中性點上接一個電感線圈，即中性點經(jīng)電感線圈接地。利用這個電感線圈產(chǎn)生的感性電流來抵消接地電容電流，從而達到消除單相接地故障時產(chǎn)生弧光接地過電壓。因此，這個電感線圈也就被稱為消弧線圈。在中性點經(jīng)消弧線圈接地的城市電網(wǎng)中，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，在變壓器的中性點上將產(chǎn)生一個位移電壓。這個位移電壓將在電感線圈中產(chǎn)生感性電流IL，與非故障相產(chǎn)生的接地電容電流IC相迭加。通過調(diào)節(jié)電感電流IL的大小，可使IC與IL的相量和接近于零，從而大大地減小了接地電容電流。如果適當調(diào)整消弧線圈的脫諧度，使補償電流IL略大于電容電流IC，則可以達到消弧的目的。然而，當電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變時，則需要手動切換消弧線圈的分接頭來改變補償電流，調(diào)整消弧線圈的脫諧度。這對于需要經(jīng)常改變運行方式的城市配電網(wǎng)，尤其是存在著電纜線路和架空線路輸電的混合型城市配電網(wǎng)，則有一定的困難。而能夠自動跟蹤調(diào)節(jié)補償電流的消弧線圈，目前尚缺乏實際運行經(jīng)驗。因此，中性點經(jīng)消弧線圈接地的接線方式，一般只適應于以架空線路為主的、較小型的城市配電網(wǎng)?；蛘卟捎弥行渣c不接地方式，配合接地故障計算機在線檢測裝置或微機繼電保護裝置。以簡化運行方式，降低運行費用，并對用戶維持適當?shù)墓╇娍煽啃浴?BR>
參考文獻：
1.《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》
2.《電力系統(tǒng)繼電保護》李駿年主編
環(huán)保知識
職業(yè)衛(wèi)生