摘要：配电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方 面的综合性技术问题。选择中性点接地方式时必须要考虑电气设备和线路的绝缘水平、继电 保护的灵敏性和选择性、供电的可靠性以及对通信系统的干扰等因素。提出了架空配电网络 、电缆和架空线路混合的配电线路的中性点接地方式的选择原则，供有关人员参考。

关键词：城市配电网；中性点接地方式；选择原则

 

三相交流电网中性点与大地间电气连接方式，称为电网中性点接地方式。确定电网的中性点 接地方式是一个系统工程，必须综合考虑供电可靠性，配电网结构，过电压保护和绝缘配合 ，继电保护方式，设备和人身安全，对通信的电磁干扰等诸多因素。因此在进行城市电网建 设与改造时，必须从实际出发，对各种接地方式进行技术经济分析，权衡利弊，因地制宜， 慎重研究这一问题。

在我国，城市配电网属中性点非直接接地系统，其中性点接地方式是城市电网规划、设计和 运行中一个非常重要的问题。随着我国投入巨资进行城市电网建设与改造以来，城市电网电 缆线路增多，网络联系增强，系统发生单相接地时电容电流增大，因此，采取何种中性点接 地方式有利于抑制过电压的发生成为一个热点问题。本文就中性点不同接地方式下发生单相 接地时过电压的情况进行分析，并提出不同情况下中性点接地方式选择的方案。

1  城市电网各种中性点接地方式的特点

配电网中性点接地方式分为有效接地和非有效接地两大类。

有效接地包括中性点直接接地和中性点经小电阻接地两种。有效接地的配电网零序阻抗与正 序电抗之比不大于1，零序电抗与正序电抗之比为正值，且不大于3。有效接地在发生一相接 地故障(金属性对地短路)时，故障相将通过较大的故障电流，其值最大可超过三相短路时的 故障电流，此时非故障相的对地稳态电压不超过线间电压的80%，或小于正常运行时线对地 电压的140%。

非有效接地包括中性点经消弧线圈接地(又称为谐振接地)，高阻抗接地和中性点不接地。在 非有效接地方式中，一相接地时，非故障相上的对地电压一般最高可达到线间电压105%， 此时一相接地故障电流较小。

以下为各种中性点接地方式的特点

1.1  概述

电网正常运行时，并不对中性点的接地方式作出任何反映。而当电网发生异常情况，特别是 发生一相接地故障时，在故障相与非故障相上出现的异常电流、电压将因中性点的接地方式 不同而不同。因此，城市电网规划与设计人员应根据这些异常电流、电压情况研究采用必要 的对电网加以保护的措施，从而保证电网安全稳定运行。

在一般电网参数情况下，两相两点接地故障时非故障相的工频电压升高都低于一相接地时的 情况，因此在这里只研究电网一相接地时非故障相的电压变化情况。

现在分析一下中性点经阻抗Z_N接地的三相电网在A相接地时的情况，见图1(a)。

 

 

以A相电势为基准，E^·_A=E_A(1+j0)。

A相在K点发生接地时(图1)，三相对地电压分别可利用对称分量法解得：

设U_A′为故障相A对地电压；

U_B′为非故障相B对地电压；

U_C′为非故障相C对地电压，则U^·_A′=0

 

 

以上各式中

Z^·₁为从故障点看向电源的正序阻抗；

Z^·₂为从故障点看向电源的负序阻抗；

Z₀为从故障点看向电源的零序阻抗。

从(1)(2)式中可以看出故障时非故障相的对地电压是正常时的相对地电压再加上一个分量 ΔU，则

 

 

从(6)式中更清楚地看到非故障相对地电压升高与降低的数值与(R₀／X₁)和(X₀／X₁)有密切关系。

一相接地时，各相序电流相等，即

 

 

ΔU＝-E_A［（X₀－X₁）／（ X₀＋2X₁）］

若X₀＞X₁，ΔU相位与E_A相反，它与B相、C相电压的向量合成使B、C相对地电压超过正常时的相电压，即非故 障相对地电压超过正常时的 相电压，如图2。

 

 

当X₀=X₁时，ΔU^·=0，非故障相电压保持原状不变。

(2)故障电流情况

中性点直接接地的城市电网发生一相接地时，其故障电流I^·_f=3E_A／（Z^·₁＋Z^·₂＋Z^·₀），若Z^·₀相对于Z^·₁很小，可忽略不计，则I^·_f=3E^·_A／2Z^·₁=1.5 E^·_A/Z^·₁=1.5倍三相短路电流 ，可以看出一相接地短路电流超过三相短路电流的50%。

虽然这种现象在实际中出现的几率较少，但由上面可以看出，中性点直接接地方式的一相接

地短路电流很大。

接地短路电流不但对电气设备造成严重破坏，还将对邻近的电信设备产生电磁感应。

1.3  中性点经电抗接地

图3中，非故障相电压随K=Z^·₀／Z^·₁的变化而变化，但2个非故障相的相电压均对称于故障相向量的长轴。

当K=0时，ΔU^·=-0.5E_A，2个非故障相的相电压相反，其值约为正常相电压的86.6%； 当K=1时，ΔU^·＝0，非故障相电压保持不变； 当K=∞时，ΔU^·=-E_A，电压三角形形状不变，但整个三角形向下移一个相电压值。此时接地方式实质上为中性点不接地或调谐接地方式。

一相接地时，短路电流通过中性点接地装置造成的功率损失很小，而且它产生的电感电流在 故障点可以补偿电容电流，减小故障点电流。

 

 

1.4  中性点经电阻接地

经推导可得出：

ΔU^·=-I^·_f/3(Z^·₀－Z^·₁)

或    ΔU^·=-I^·_f/3(3R_N-jX ₁)

在中性点经电阻接地的电网中，一相接地时，超前于故障相的对地过电压总是大于滞后于故 障 相的对地过电压。

1.5  中性点不接地

中性点不接地系统，电网中性点对地绝缘，在一相短路时，故障点不会产生大的短路电流， 因非故障相对地存在电容，因而对地电容电流从故障点通过故障相导线流回电源。

正常运行时，配电网所有线路三相对地电容对称，且数值相等，当一相接地时，非故障相对地电压升高到√3倍相电压，二者之间的夹角为60°，电容电流之间的夹角亦为60°，则总的接地电流为

I^·c′=3ωCU_φ

式中ω=2πf,f为电网运行频率；

C为电网每相对地电容；

U_Φ为电网每相对地电压(正常时)。

在一般工程计算上，可用下式估算 Ic′=U₁（L₁＋25L₂）／（400／500）

式中Ic′——电网线间电压，KV；

L₁——架空线路 长度，Km；

L₂——电缆线路长度，Km，有避雷线用400，无避雷线用500。

从上式可以看出，中性点不接地电网一相接地故障时通过故障点的电容电流较小。在以架空 线为主的电网中，通过故障点的电容电流仅为几A至几十A；以电缆为主的电网中，可能会达到几百A。

中性点不接地电网发生一相接地时，故障相是地电位，非故障相对地电压升高到线电压，三相对地电位严重不平衡。

1.6  中性点经消弧线圈接地

在中性点不接地电网中，发生接地故障时，接地故障点总有电容电流流过，且电网出现中性 点位移电压，其值约等于电网正常时的相对地电压。当接地电容电流较大超过一定值时，接 地电弧不能自动熄灭，造成弧光接地，产生过电压。在电网中性点接入一个电感线圈即消弧 线圈，在故障时即可在故障点接入一个电感电流，电感电流和电容电流相位相反自动抵消， 或变得很小，然后自行熄灭电弧。

2  中性点接地方式对过电压的影响

2.1  操作过电压

操作过电压是断路器分闸过程中发生多次重燃的结果。断路器分闸过程中在电压峰值电流过零瞬间熄弧，导线上电荷无处流散，仍保持 原对地电位，10 ms(半周波)后，断路器断口的电源侧出现反极性电压峰值，断路器断口间出现较大恢复电压。若绝缘介质的强度尚未恢复，可能发生重燃，电源再次向导线充电 ，并出现电压振荡，振荡电压的峰值超过相电压峰值。

过电压的幅值与断路器的恢复电压有关，断路器的最大恢复电压与电网中性点接地方式有关 。中性点直接接地电网，恢复电压为相电压的2倍；中性点不接地电网，电压为相电压的3倍 ；中性点经电阻接地电网，恢复电压一般大于2倍小于2.5倍的相电压；中性点经消弧线圈接电的电网，如脱谐度为0，恢复电压小于2倍的相电压。

由此可以看出，可能发生的重燃的恢复电压，中性点经电阻(阻抗)接地的电网，大于中性点 直接接地或经消弧线圈接地的电网，小于中性点不接地的电网。一般来说，中性点不接地 的电网中，操作过电压比中性点直接接地电网高20%左右。

2.2  弧光接地过电压

这种过电压一般只发生在中性点不接地或脱谐度较大的消弧线圈接地的配电网中。中性点直 接接地或经低电阻(阻抗)接地的配电网中，由于一相接地短路电流中的阻性电流达数百A 以上，形成稳定性电弧机会增多，过电压的幅值降低，不可能发生弧光接地过电压。弧光接地过电压的幅值小于3.2倍相电压，对绝缘水平较好的配电网不会构成严重威胁。

2.3  谐振过电压

电网中的感性和容性设备有时形成串联谐振回路，产生谐振过电压。中性点不接地、直接接 地、经电阻接地、经消弧线圈接地的电网发生一相断线或操作中断开一相时，均有可能发生 谐振过电压，且中性点不接地电网最为严重，谐振过电压可能达到相电压的3.5倍左右；经 消弧线圈接地电网，若为过补偿运行，过电压可限制到相电压的2.5倍以下；中性点经电阻 接地的电网，过电压可降低到相电压的1.5倍以下。

2.4  大气过电压

各种中性点接地方式的配电网所采用的大气过电压保护措施相同。但保护措施中阀型避雷器 的参数选择不同。

阀型避雷器的主要参数之一是灭弧电压，它是指在保证灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。从前面的论述中可以看出，电网的工频电压升高与电网中性点接地方式有关 。如中性点不接地的配电网中，X₀＜0，且(X₀／X₁)＜-20，非故障相对地电压 可限制在1.9倍相电压以下，即电网最高运行线电压的110%以内，因此可选用额定电压为110%最高运行线电压的避雷器；中性点直接接地电网，X₀/X₁＞0，按变压器中性点直接接地占变压器总容量的比例，计算出X₀／X₁值，确定避雷器的额定电压， 一般选用75%～80%最高运行线电压的避雷器。

3  中性点接地方式的优化选择

配电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方面的综合性的技术问题，在选择中性点 接地方式时，必须考虑电气设备和线路的绝缘水平，继电保护的灵敏性和选择性，供电的可 靠性，以及对通信系统的干扰。综合以上分析，在配电网建设中涉及中性点接地方式的选择，可以按如下原则：

对于架空配电网络，由于接地故障中绝大部分为非永久性故障，应优先选用中性点不接地系 统，对于经常发生谐振或间隙性电弧接地过电压的10 KV配电系统，可以采用高电阻接地方式。

对于电缆和架空线路混合的配电线路，接地故障发生在架空线路部分则非永久性故障的可能性较大，发生在电缆部分则大多为永久性故障，这种网络的电容电流较大，应采用中性点经 消弧线圈接地方式，补偿后单相接地故障的电流应小于10 A。并应优先采用自动跟踪补 偿消弧线圈，对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于5%，对于连续 调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于2%。

4   廊坊城市电网中性点接地方式的选择

为提高供电可靠性及城市美化的需要，在进行廊坊市城市电网建设与改造时，大量的架空线 路被电缆线路所代替，且形成环路供电方式。由此配电网的电容电流迅速增大，故障点电位 的升高问题越来越突出，为降低故障点电位，保障人身及设备安全，廊坊城市配电网建设与 改造过程中，中性点接地方式应选用自动调谐的消弧线圈补偿接地方式。