农村配电网采用小电阻接地的探讨

杜利娜徐福扬张厚涛魏汝春

（国网阳谷县供电公司山东省聊城市252300）

摘要：农村中压配电网（本文专指20kV配电网）以架空线为主，电容电流较小，考虑到供电可靠性及设备条件等原因，目前基本采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，并具备多年的运行经验。但此类接地方式本质上存在单相接地时其他两相仍带电运行、故障选线不准确等问题，由于缺相运行导致人身及设备安全事故时有发生。随着农村配网建设的投入加大，部分地区中压线路都实现了环网运行及具备了重合闸的功能，供电可靠性大为提升，在此前提下将中性点改为经小电阻接地能提高电网运行的安全性，及时发现故障。因此，探讨改变接地方式后农村配电网的相关问题是有必要的。

关键词：配电网；中性点；接地；小电阻

1配电网中性点接地方式选择的分析

1.1中性点不接地方式

结构最简单的是中性点不接地方式，不需要接地电阻等装置，投资较少，单相接地故障时，由于线电压不变，用户可继续工作，保护只告警不跳闸，提高了供电可靠性，且不具备零序电流流通途径，对周围的通信干扰小；但为了防止因接地点电弧和过电压而发展成多相接地故障，继续运行不得超过2h，因非故障相电压升高为线电压，有可能产生的工频过电压幅值约为3.5p.u.，容易产生铁磁谐振，常常引起电压互感器的烧毁、爆炸等，且对设备的绝缘水平要求高，会增加设备绝缘方面的投资。此接地方式中，主要考虑对地电容电流的大小（线路不长或电缆较少时，电流较小，缺少电弧持续条件），因此，中性点不接地方式目前多数用在电容电流小于10A的架空配电网。20kV配电网采用不接地方式有以下建议：1）要考虑在选择设备时，所有设备的操作过电压绝缘耐受水平应大于相电压幅值的3.5倍，并匹配一定的裕度。2）需要考虑铁磁谐振的危害，可以在电压互感器高压侧中性点串抗谐振非线性电阻，避免电磁式互感器饱和，引发铁磁谐振危害整个配电网，或者采用励磁性能较好的电压互感器等。

1.2中性点经消弧线圈接地方式

采用中性点经消弧线圈接地，是指发生故障时输出电感电流去补偿系统电容电流，使接地故障点电流减小，促使电弧在电流过零后自动熄灭，降低故障变得更严重，且断路器不立即跳闸可提高供电可靠性；但需要增加消弧线圈的投资（随需要补偿的电容电流增大而投资增大），且如何监测系统电容电流、实现消弧线圈的自动补偿也是一个非常复杂的问题；发生故障时，若谐波分量严重，则仅补偿工频分量的消弧线圈并不能完全消除接地电弧；故障选线很难完全正确，配网自动化系统及装置难以发挥作用；单相接地故障时产生工频过电压幅值可达3.2p.u.。因此，此接地方式主要适用于电容电流较大、架空和电缆混合的绝大多数城市配电网。若20kV配电网中性点采用经消弧线圈接地方式，则有以下建议：1）依然存在绝缘配合要求、铁磁谐振问题。2）消弧线圈的熄弧能力和继电保护装置的整定策略、选线能力、故障定位尤为重要，如采用复序电流法[14]进行故障定位等。3）当变压器无中性点或中性点未引出时，应装设与消弧线圈容量相配合的专用接地变压器，还需要尽量避免在电网中只装一台消弧线圈或将多台消弧线圈集中安装于一处。

1.3中性点经小电阻接地方式

中性点经小电阻接地方式是当发生故障时，通过中性点的小电阻产生明显的电流信号，接地线路中会流过较大的电流，继保装置立即使断路器跳闸，将故障点切除，可有效地降低过电压，但缺点是不管故障类型断路器均跳闸，供电可靠性都会降低。因此，此接地方式主要适用于大型配电网（电容电流巨大、难以补偿电流而灭弧），或由全电缆组成的城市配电网（①电缆线路电容电流大；②电缆线路基本不会发生瞬时性故障）；此外，若配电网已经成型，其设备不满足消弧线圈方式下的绝缘要求，也则可采用小电阻接地方式。若20kV配电网采用中性点经小电阻接地方式，对于低压侧为20kV的主变来说，其二次侧绕组多为△接法（无中性点），则需要接地变压器制造中性点。接地变一般采取Z形接线（降低零序阻抗），可带合适的负荷取代站用变（一般不推荐带），有以下建议：1）保证供电可靠性。首先要求对重要用户应该具有转供电能力，如在高负荷密度和高供电可靠性需求的区域，建设20kV“花瓣型”配电网，并合环运行（此接线模式参考新加坡电网），正常运行方式下具有两路电源供电，全部用户满足“N−1”要求，重要用户可满足“N−2”要求。2）电阻值的选择、绝缘及温升性能也受诸多限制。从降低过电压倍数和提高保护灵敏度角度来讲，电阻越小越好；而从通信干扰、人身安全增大角度来讲，电阻越大越好。在6～20kV配电网中比较公认的划分标准是：高电阻（＞500Ω，接地故障电流＜10～15A）、中电阻（10～500Ω，15A＜接地故障电流＜700A）和小电阻（＜10Ω，接地故障电流＞700A）（也有只分为高电阻和低电阻两类）。3）当发生单相接地时，会有较大的接地电流，容易产生较高的接触电压和跨步电压，威胁设备和人身安全，干扰周围通信线路，且接地变压器和接地电阻等一次设备也受到热稳定性的限制，这些都是需要考虑的问题。

1.4中性点灵活接地方式

单一的接地方式既有优点，也存在明显缺点。在配电网复杂化、智能化的当今，性能需要更加完善，一种新的中性点接地方式应运而生，即中性点灵活接地方式，它采用灵活、智能切换接地的成套装置，基本原则是对电网中的电压、电容电流值或其他量进行监测，并判断和根据故障类型，由控制装置来自动切换接地方式，实现发生瞬时故障时采用消弧线圈接地方式，发生永久故障时切换为小电阻接地方式，改进了消弧线圈接地方式难以准确选线和隔离故障的难题，也改善了小电阻接地方式供电可靠性过低的缺点。一般组成部分有：接地变压器、中性点电压（电流）互感器、消弧线圈、就地控制柜、高压接触器、可控小电阻、控制器等。其中控制装置是核心，需保证系统的各种数据测量、消弧线圈的补偿、小电阻的投切及跳闸命令可靠完成。正常运行时，消弧线圈投入，发生故障时，消弧线圈即时补偿致电弧熄灭、接地故障自动消失，在不消失而持续超过整定时间后，可对控制装置改变接地方式，投入小电阻、增大接地电流，继电保护动作，切除故障后，经整定延时可将小电阻退出运行。20kV配电网采用中性点灵活接地方式时，会带来控制、切换装置成本高、控制复杂的问题，如何优化模拟量的采集（如提高采样频率）、电容电流的监测（受多种因素的影响）以及消弧线圈的投入（如自动投入相应容量），实现接地模式的合理选择及投切（如投切时刻的选择），防止控制装置误操作（单一零序电压判据等失效），提高可靠性（高阻接地故障、瞬时性故障频发会降低）等均是需要考虑的问题。

2结语

随着经济发展，采用20kV配电网相比10kV电压等级配电具有越来越多的优越性，如提高电力系统的稳定性、电能质量和运行的经济性能，降低电网的投资等。而在20kV配电网进行建设、升压、改造时，中性点接地方式成为关键技术问题之一，对设备选型、系统运行及继电保护等具有重大的影响。本文分析和探讨了20kV配电网的中性点不接地、经消弧线圈接地、小电阻接地和灵活接地方式等问题，并提出了相应的建议，以期为将来20kV配电网的广泛使用提供技术参考。

参考文献：

[1]李志平．10kV小电阻接地系统的参数特点及短路计算[J]．广东电力，1999，12（6）．

[2]文芸，赵慧，张晶．10kV小电阻接地系统的保护配置和整定[J]．江西电力，2010，34（6）．