配电网中性点接地若干问题探讨

　　​引言

　　中性点采用什么接地方式是配电网规划设计过程中需要解决的基本技术问题。GB50613—2010《城市配电网规划设计规范》规定：对于中压配电网来说，当电容电流小于10A时采用不接地方式;10～150A时采用消弧线圈接地;电容电流大于150A且全是电缆网络时，采用小电阻接地。目前，我国供电企业基本上是遵循上述原则选择配电网的接地方式的。但是，近年来个别供电企业出于解决故障选线困难、消除破坏系统绝缘的接地过电压以及防止落地导线危害人身安全的考虑，在架空以及架空线路与电缆混合网络中也采用了小电阻接地方式;有的已经采用了小电流接地方式的也在考虑改为小电阻接地。

　　显然，对配电网采用什么接地方式为好，目前业界还没有完全形成共识。围绕接地方式的划分方法、接地方式对供电质量以及人身安全的影响、小电流接地故障选线与定位技术是否成熟等问题，人们还存在一些模糊认识，甚至有争论。本文根据国内外的有关资料，谈谈对这些问题的看法，并对配电网接地方式的选择提出建议。

　　1 中性点接地方式及其分类

　　实际配电网中性点采用的接地方式主要有：直接接地、不接地、小电阻接地、谐振接地(消弧线圈接地)等。在我国，早期人们将这几种接地方式分为大电流接地与小电流接地方式，现在一般分为有效接地与非有效接地方式。在一些人的观念中，以上2种划分标准是等同的，即有效接地方式就是大电流接地方式，非有效接地方式就是小电流接地方式。事实上，这2种接地方式的划分标准还是有较大差异的。

　　大电流接地与小电流接地方式是根据配电网发生单相接地故障时接地电流的大小划分的。大电流接地配电网单相接地电流比较大，需要断路器立即跳闸切除故障，以消除大接地电流的危害;而小电流接地配电网单相接地电流比较小，不需要立即切除故障。除减少接地电流危害外，采用小电流接地的主要目的是利用接地电弧在电流较小时能够自行熄灭的特点，实现接地故障的自愈，减少故障造成的停电。

　　关于大电流与小电流接地方式的划分，并没有一个严格的电流数值标准。不接地与谐振接地，属于小电流接地方式，小电流接地配电网单相接地电流一般不会超过10A;中性点直接接地、小电阻接地属于大电流接地方式，大电流接地配电网单相接地电流一般大于200A。

　　有效接地与非有效接地的划分方法源于美国电机工程师协会(AIEE)在1947年颁布的32号标准。规定系统或系统的指定部分的任何各点上零序电抗对正序电抗之比都不大于3，而且零序电阻对正序电抗之比不大于1时，该电力系统或系统的一部分被认为是中性点有效接地的，否则是非有效接地。

　　就中压配电网来说，如果主变压器中性点采用直接接地方式，其阻抗参数一般都会满足有效接地系统的条件。中国部分城市的电缆配电网采用小电阻接地方式，接地电阻值在10Ω左右，单相接地故障时接地电流约600A，需要配置动作于跳闸的接地保护，属于大电流接地方式，但其接地故障回路的零序电阻超过30Ω，远大于正序电抗值，属于非有效接地系统。因此，在讨论配电网继电保护问题时，还是使用大、小电流接地方式的划分办法比较好。

　　2 接地方式与供电质量

　　配电网单相接地故障中瞬时性故障的比例比较高，如果采用小电阻接地方式，即使重合闸成功，也会出现1s左右的停电，给一些敏感的负荷(如联合生产线、高科技数字设备)带来经济损失。采用小电流接地方式后，具有瞬时性故障性质的电弧一般都能够自行熄灭，实现故障的自愈，不会造成停电，能够显著地提高供电质量。

　　配电线路中绝大部分接地故障由雷电、树枝碰线、鸟和其他动物落在导线之间，以及污秽造成绝缘子闪络等原因引起，这些故障一般都是瞬时性的。电缆线路中瞬时性故障相对要少一些，但仍然有一定的比例。不少人认为，电缆绝缘的破坏都是永久性的，因此电缆本体中不存在瞬时性故障。而实际故障记录结果表明，有一部分电缆本体中的小电流接地故障电弧能够自熄灭，说明其故障性质是瞬时性的。例如，根据某石化企业的记录，在某次电缆本体发生永久接地故障前的7天内，共发生了8次瞬时性接地故障，其中6次的持续时间约为一个工频周期，另2次的持续时间也小于1s。

　　输电线路单相短路故障的统计结果表明，70%～90%的故障属于瞬时性故障。而根据福建泉州一变电站小电流接地故障的统计结果，99%以上的故障是瞬时性的。这与接地电弧在消弧线圈的作用下熄弧率比较高，故障会在一段时间内多次出现有关。

　　据我国南方沿海某城市供电局对一变电站的统计结果，在中性点由谐振接地改造为小电阻接地后的3年中，10kV线路共跳闸136次，年均45次;而在改造之前的2年中，共跳闸53次，年均26.5次;谐振接地方式的年均跳闸率比小电阻接地方式低近1倍。英国的研究报告指出，配电网采用谐振接地方式时故障造成的停电相比小电阻接地方式减少50%以上。英国北方(Northern)电力公司的统计结果表明，配电网采用谐振接地后，除减少短时停电外，永久故障造成的长时间停电次数也减少了10%。

　　采用谐振接地方式，可以显著地提高故障熄弧率。据意大利电力公司(ENEL)的统计，在将中压电网接地方式由不接地改为可调消弧线圈接地后，接地故障引起的历时1s内的瞬时停电减少51%，1s～3min的短时停电减少38%，长时间停电减少26%;如果采用固定调谐的消弧线圈，瞬时停电减少26%，短时停电减少22%，长时间停电减少10%。

　　3 小电流接地故障选线与定位问题

　　小电流接地配电网的单相接地电流比较小，对于采用谐振接地方式的配电网来说，故障线路的电流甚至比非故障线路还要低，再加上相当一部分故障是间歇性的，使得采用常规的基于稳态零序电流的保护方法难以准确地检出故障线路来。长期以来，由于缺少可靠的故障选线手段，我国供电企业主要依靠人工拉路选择故障线路，使得健全线路也出现不必要的停电。根据东部某省统计，由单相接地拉路选线造成的短时停电占到所有短时停电次数的40%。而接地故障得不到及时处理，因间歇性弧光接地产生的过电压可能使健全线路绝缘击穿，引发两相接地短路故障;如果电缆线路发生接地故障，长时间的接地弧光电流也可能烧穿故障点绝缘，使其发展为相间短路故障。

　　欧洲大陆国家普遍采用小电流接地方式，主要通过在出现永久接地后的消弧线圈二次侧投入一个并联电阻的方法解决故障选线问题，并联电阻产生约20A的阻性接地电流。大部分国家(如芬兰、意大利等)采用有功功率方向继电器选线，法国电力公司(EDF)开发了一种采用DESIR法的保护装置，其工作原理是通过测量所有馈出线路的零序电流，计算出其中的阻性分量，选择阻性分量最大、相位相反的线路作为故障线路。近年来，投入并联电阻的方法在我国也获得了应用，不同之处是产生的电流较大(约40A)，通过检测零序电流的幅值选出故障线路来。此外，国内厂家还开发了一种称为小扰动法的选线技术，通过人为改变消弧线圈补偿度，人为增大故障线路零序电流解决选线问题，其思路与投入并联电阻的方法类似。

　　投入并联电阻的方法放大了接地电流，而且需要安装电阻投切设备，存在成本高、有安全隐患的缺点。进入21世纪，随着微机保护技术的发展，利用故障产生的暂态信号的选线技术取得了突破。我国在暂态选线技术的研究上已居世界前列，目前已有数千套暂态选线装置在现场应用。德国也开发出一种采用库伦—电压法的暂态选线装置，通过比较电流的积分(电荷量)与暂态电压的变化选择故障线路，在德国、爱尔兰等国家获得了成功的应用。暂态法灵敏度高，适用于间歇性接地故障，而且不需要在变电站安装附加设备，发展前景广阔。

　　小电流接地故障的定位问题也是一个长期困扰电力部门的难题。而在消弧线圈的二次侧投入并联电阻后，通过比较线路上不同点零序电流的幅值，可以实现故障区段的定位。为便于识别故障信号，有的故障定位系统采用将并联电阻周期性投入/退出的方法，以在故障线路上产生幅值周期性变化的零序电流。近年来，已开发出了比较暂态零序功率方向或比较暂态零序电流相似性的故障定位方法，实际故障定位效果良好，进一步丰富了小电流接地故障定位的技术手段。

　　小电流接地配电网的接地过电压危害，主要是配电网长期带接地点运行并且接地点存在间歇性燃弧现象造成的。采用暂态选线技术，能可靠地检出间歇性燃弧接地故障，及时动作于跳闸切除故障线路，完全可以避免接地过电压引起的相间短路故障。

　　缺少可靠的故障选线与定位手段一度是影响供电企业选择小电流接地方式的重要因素。目前来看，采用投入并联电阻的方法或暂态选线方法，故障选线与定位的成功率能够超过90%，使小电流接地故障选线与定位难的问题得到解决，为推广应用小电流接地方式创造了条件。

　　4 接地方式与人身安全问题

　　有人认为，采用小电阻接地方式后接地保护可以在人体接触带电体后立即动作于跳闸，减少对人体的伤害;而在导线坠地时，也由于接地保护的动作及时断开电源，可防止其危害人身安全。事实上，由于人体电阻高达1000Ω，对于不同接地方式的配电网来说，人体单点接触配电网产生的接地电流差别并不大，都在数安培内。小电阻接地配电网零序电流保护的整定值一般都在20A以上，是难以可靠地切除有人触电的配电线路的。对于导线坠地的情况，如果接地点导电条件好，接触电阻比较小(小于100Ω)，即使采用小电流接地方式，目前的故障选线技术也能可靠地选出故障线路来，及时动作于跳闸;如果导线坠落到干燥的地面、水泥或沥青路面等，接触电阻比较大，接地电流很小，即使采用小电阻接地方式，接地保护也不会动作，并不能及时消除安全隐患。我国南方一沿海城市的10kV配电网在1993～2000年间共发生了11起触电死亡事故，而当时变电站的保护没有动作。因此，在人身安全方面，小电阻接地方式并没有明显的优势。

　　人体触电以及导线坠落在导电条件不好的地面，都属于高阻接地性质。在接地电阻达到数百欧姆时，配电网不论何种接地方式，目前的技术都难以可靠地实现故障选线与定位。高阻故障的检测是一个公认的技术难题，解决这一问题，对减少配电网触电事故或减轻触电危害程度，具有十分重要的意义。