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摘要：以成都主城区配网实施中性点经小电阻接地工程为依据，从选型、一二次设备要求及注意事项等方面提出了一些建议，为实现配网中性点由不接地或经消弧线圈接地改为经小电阻接地提供了一些参考。
关键词：配网；中性点；小电阻；接地
作者简介：杨晓涛（1964-），女，四川自贡人，成都电业局继电保护所，工程师、高级技师。（四川 成都 610021）
中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）09-0109-02
配电网络中性点接地方式是一个综合性的、系统性的问题，既涉及到电网的安全可靠性，也涉及电网的经济性。近年来中性点通过电阻接地的方式在我国城市配电网中得到越来越广泛的应用，探讨其实施方案显得很有意义。
一、中性点经小电阻接地的意义及优势
中性点经电阻接地方式为配电网中至少有一个中性点接入电阻器，目的是限制接地故障电流。中性点电阻接地方式可以克服不接地和消弧线圈接地方式存在的两大弊端：第一，限制单相间歇性电弧接地时产生的瞬态过电压和瞬态电流。第二，解决选线难，达到正确快速选线目的。其主要优点如下。
（1）降低系统的工频过电压，非故障相的电压升高小于倍。在电阻阻值选择适当情况下，工频过电压水平可限制在1.5倍相电压左右，而不像不接地或消弧线圈接地方式下由于带故障运行造成工频能量的累积增加，非故障相过电压可升至线电压甚至更高。对于过电压水平更为严重的弧光接地过电压，由于中性点电阻的耗能发热作用，在接地电弧熄弧至燃弧的半个周波内，可将系统三相对地电容上所累积的能量通过电阻提供的通道泄放掉，避免了系统电容能量的累积而引起过电压幅值升高。系统设备承受的过电压水平低、时间短，可适当降低系统设备的绝缘水平，提高现有设备的运行寿命，具有很好的经济效益。
（2）配电网中性点经电阻接地后，系统三相对地电容与中性点电阻构成并联关系，破坏了系统谐振发生的条件；同时以前不接地或谐振接地系统中难以消除的3、5、7、9等奇次谐波，在电阻元件的耗能作用下能量大大降低。因此，中性点接地电阻的引入，对因电压互感器铁心的磁滞饱和、线路断线以及断路器非同期合闸等引起的谐振过电压可以起到根本性的抑制作用。
（3）中性点经电阻接地方式的另一突出特点表现在其优良的选线功能，单相接地故障发生时可准确判断并及时发出报警信号或切除故障线路，而不像以前的接地方式往往会因为带故障连续运行两小时以上导致故障点范围扩大，造成两相短路或三相短路，甚至发生多条线路燃烧的情况。
（4）设备简单可靠，特别适宜电容电流变化范围比较大而电阻值不需要调节的系统，投资少寿命长。
二、系统一、二次设备选型
为取得较好的整体效果，需要在接地小电阻阻值、接地变压器容量、继电保护装置参数、零序CT选择等方面进行综合计算和衡量。
1.接地小电阻阻值[1]
采用中性点经电阻接地时，电阻值的选取必须根据电网的具体情况，应综合考虑限制过电压倍数，继电保护的灵敏度，对通信的影响，人身安全等因素。其选择依据如下。
（1）从降低配电网过电压水平考虑。中性点经电阻接地方式可以降低配电系统的弧光接地过电压水平，从而保证配电系统电气设备的安全运行。根据国内有关机构做的EMTP程序计算、过电压模拟装置的实际模拟及各地区局运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流 IR增加而降低，IC为系统电容电流。即：当IR≈IC时，过电压水平可降到2.5PU以下；当IR≈2IC时，过电压水平可降到2.2PU以下；当IR≈4IC时，过电压水平可降到2.0 PU以下；但当IR＞4IC时，降低过电压的作用已不明显。
中性点经电阻接地系统中的内部过电压，主要指健全相的工频过电压。其电弧接地过电压，通常由于RN的存在而被限制在较低水平。这是因为电弧燃熄过程中系统的多余电荷，在从电弧熄灭到重燃的半个工频周期内被RN泄放掉。当RN<（1~2）/3ωC时，过电压一般不大于相电压的2.1倍。
经推导可得健全相电压升高值与故障相电压Ua的比值Kb、Kc：
Kb=Ub/Ua=（3/2） （1）
Kc=Uc/Ua=（3/2） （2）
给出不同的β＝IR/IC值，即可算出相应的Ub/Ua或Uc/Ua的比值。β＝IR/IC=600A/240A=2.5，代入上式可得：
Kb=Kc=1.523PU
因此从降低系统过电压水平特别是健全相的工频过电压来考虑，选配IR≈M·IC=2.5×240=600A，能够将系统的工频过电压水平限制在1.523PU以内，总的过电压水平会限制在2.0PU以内，完全能够满足设备耐受过电压水平的要求。
（2）从保护整定考虑。从保证继电保护灵敏度考虑，电阻值越小即流过电阻的电流越大越好。目前的微机保护一般都有零序保护功能，且启动的电流值相当小，一般只需要一次值在10A左右，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能满足零序保护的灵敏度要求。按照上述所选的电阻值，保护灵敏度完全能够满足要求。
（3）从通信角度考虑。从其他实行小电阻接地运行方式的地区运行经验来看，均还未发现有影响通信系统正常运行的情况，因此选择电阻电流600A完全能够避免对通信线路的干扰。
（4）从人身安全考虑，中性点接地电阻的通流越小越好。因为中性点经低电阻接地在发生单相接地故障时，通过故障点的接地短路电流比较大，引起故障点地电位升高，有可能造成跨步电压，接触电势超过允许值。因此在选择电阻值时，应根据地网接地电阻、保护动作时间、接地短路电流核算跨步电压和接触电势是否超过规程。按照国家电网公司《城市配电网技术导则》关于10（20）kV配电网中性点接地方式的选择原则：单相接地故障电容电流达到150A以上，宜采用中性点经低电阻接地方式，并应将接地电流控制在150A～800A范围内，在此范围内相应的人身安全也能得到保证。
2.接地变压器容量
依据IEEE-C62.92.3标准关于过载系数的规定，首先计算出10秒情况下接地变的容量，然后按10秒允许过载倍数折算为连续运行的额定容量。
3.零序电流的采集
零序电流一般可以通过外接零序CT或通过三相电流自产得到，由于10kV出线、站用一般都为两相CT，所以如果想通过自产得到零序电流就必须再补充一只单相CT，且由于三相CT在变比误差、伏安特性及励磁电流等方面存在差异，因此正常运行时就存在不平衡电流，在发生故障时不平衡电流将进一步增大，对提高零序电流保护灵敏度及保护整定方面产生不利影响。[2]因此建议采取安装外接零序CT的方式进行采集。
4.一次间隔的要求
由于接地变不可能直接接在10kV母线上，因此需要单独一个开关间隔将接地变连到10kV母线上，同时由于城区10kV一般分列运行，因此要求每段10kV母线上有一个接地变。
由于故障状况下10kV母线将并列运行时，系统仅需一个小电阻接地点，其中一套装置将切除，同时考虑到小电阻接地装置故障切除的情况，为保证变电站站用电供电安全可靠性，在小电阻接地系统中的站用变与接地变应分开设置，不能采用消弧线圈接地系统中接地变带二次绕组兼做站用变的方式。因此每段10kV母线将设置中性点小电阻接地装置出线柜和站用变出线柜各1面。
5.保护装置参数选择
实施中性点经小电阻接地工程后，相应的一系列保护装置也要做相应的变化，具体体现在以下几方面。
（1）很多保护装置内部零序小CT额定值为1A，在小电阻接地系统中就需要换成5A的额定电流，因为在此系统中接地故障时零序电流很大，额定1A的零序CT不能长时间经受大电流。
（2）按照国家电网公司规程规定，新建中性点小电阻接地变配置具有至少两段零序电流保护（第一时限跳10kV分段，第二时限跳10kV总路）、及电流速断保护和过流保护功能的保护装置，相应的10kV馈线、电容、站用变也应具有至少两段可作用于跳闸的零序保护。
（3）在低压侧备自投动作后，为防止两个接地电阻并列运行时造成接地时保护动作不灵敏（每个接地电阻有分流作用），应完成相关联切回路，10kV分段备自投在跳主供进线开关同时联切该段母线上所连的接地变开关，可利用10kV分段备自投的备用接点或接点重动实现；若10kV分段备自投装置不具有多余接点或为了避免回路复杂，也可以在备自投装置动作后由运行人员手动切除所跳主供进线段上的接地变开关。
（4）需完善接地变保护跳主变低压侧总路，同时闭锁10kV分段备自投功能，可通过接地变保护备用出口接点实现。
综上，在小电阻接地系统中所需要的保护装置具有至少两段零序保护、零序额定电流为5A，接地变保护还应具有备用出口接点等，不满足此要求的保护装置可通过升级程序或更换采样板等来实现。
6.用户侧的设备升级或更换配合工作
由于很多10kV出线的用户高配侧的保护装置也未配置作用于跳闸的零序电流保护，因此在此系统工程中如何说服这些用户配合进行相关设备的升级或更换也是一个值得注意的问题。因为若用户侧高压开关未完善零序过流保护，则该线路上任一点的接地故障将越级到变电站主开关，导致故障停电范围扩大。
三、总结
大城市城区变电站逐步改造成为中性点经小电阻接地系统是配网发展的必然趋势，以上内容只是为该工程的实施提供了一些建议，更多的经验还需要在实践中进行积累。因此在每个城市进行实施时，可以选择电缆化率较高、故障率小和重要用户较少的变电站先行试点，待积累足够经验后再全面开展此项工作。
参考文献：
[1]成都市主城区配网小电阻接地改造可行性研究报告[R].2010.
[2]张春合,等.小电阻接地系统给继电保护带来的新问题[J].供用电,2008,(6).
（责任编辑：刘辉）
关键词：配网；中性点；小电阻；接地
作者简介：杨晓涛（1964-），女，四川自贡人，成都电业局继电保护所，工程师、高级技师。（四川 成都 610021）
中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）09-0109-02
配电网络中性点接地方式是一个综合性的、系统性的问题，既涉及到电网的安全可靠性，也涉及电网的经济性。近年来中性点通过电阻接地的方式在我国城市配电网中得到越来越广泛的应用，探讨其实施方案显得很有意义。
一、中性点经小电阻接地的意义及优势
中性点经电阻接地方式为配电网中至少有一个中性点接入电阻器，目的是限制接地故障电流。中性点电阻接地方式可以克服不接地和消弧线圈接地方式存在的两大弊端：第一，限制单相间歇性电弧接地时产生的瞬态过电压和瞬态电流。第二，解决选线难，达到正确快速选线目的。其主要优点如下。
（1）降低系统的工频过电压，非故障相的电压升高小于倍。在电阻阻值选择适当情况下，工频过电压水平可限制在1.5倍相电压左右，而不像不接地或消弧线圈接地方式下由于带故障运行造成工频能量的累积增加，非故障相过电压可升至线电压甚至更高。对于过电压水平更为严重的弧光接地过电压，由于中性点电阻的耗能发热作用，在接地电弧熄弧至燃弧的半个周波内，可将系统三相对地电容上所累积的能量通过电阻提供的通道泄放掉，避免了系统电容能量的累积而引起过电压幅值升高。系统设备承受的过电压水平低、时间短，可适当降低系统设备的绝缘水平，提高现有设备的运行寿命，具有很好的经济效益。
（2）配电网中性点经电阻接地后，系统三相对地电容与中性点电阻构成并联关系，破坏了系统谐振发生的条件；同时以前不接地或谐振接地系统中难以消除的3、5、7、9等奇次谐波，在电阻元件的耗能作用下能量大大降低。因此，中性点接地电阻的引入，对因电压互感器铁心的磁滞饱和、线路断线以及断路器非同期合闸等引起的谐振过电压可以起到根本性的抑制作用。
（3）中性点经电阻接地方式的另一突出特点表现在其优良的选线功能，单相接地故障发生时可准确判断并及时发出报警信号或切除故障线路，而不像以前的接地方式往往会因为带故障连续运行两小时以上导致故障点范围扩大，造成两相短路或三相短路，甚至发生多条线路燃烧的情况。
（4）设备简单可靠，特别适宜电容电流变化范围比较大而电阻值不需要调节的系统，投资少寿命长。
二、系统一、二次设备选型
为取得较好的整体效果，需要在接地小电阻阻值、接地变压器容量、继电保护装置参数、零序CT选择等方面进行综合计算和衡量。
1.接地小电阻阻值[1]
采用中性点经电阻接地时，电阻值的选取必须根据电网的具体情况，应综合考虑限制过电压倍数，继电保护的灵敏度，对通信的影响，人身安全等因素。其选择依据如下。
（1）从降低配电网过电压水平考虑。中性点经电阻接地方式可以降低配电系统的弧光接地过电压水平，从而保证配电系统电气设备的安全运行。根据国内有关机构做的EMTP程序计算、过电压模拟装置的实际模拟及各地区局运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流 IR增加而降低，IC为系统电容电流。即：当IR≈IC时，过电压水平可降到2.5PU以下；当IR≈2IC时，过电压水平可降到2.2PU以下；当IR≈4IC时，过电压水平可降到2.0 PU以下；但当IR＞4IC时，降低过电压的作用已不明显。
中性点经电阻接地系统中的内部过电压，主要指健全相的工频过电压。其电弧接地过电压，通常由于RN的存在而被限制在较低水平。这是因为电弧燃熄过程中系统的多余电荷，在从电弧熄灭到重燃的半个工频周期内被RN泄放掉。当RN<（1~2）/3ωC时，过电压一般不大于相电压的2.1倍。
经推导可得健全相电压升高值与故障相电压Ua的比值Kb、Kc：
Kb=Ub/Ua=（3/2） （1）
Kc=Uc/Ua=（3/2） （2）
给出不同的β＝IR/IC值，即可算出相应的Ub/Ua或Uc/Ua的比值。β＝IR/IC=600A/240A=2.5，代入上式可得：
Kb=Kc=1.523PU
因此从降低系统过电压水平特别是健全相的工频过电压来考虑，选配IR≈M·IC=2.5×240=600A，能够将系统的工频过电压水平限制在1.523PU以内，总的过电压水平会限制在2.0PU以内，完全能够满足设备耐受过电压水平的要求。
（2）从保护整定考虑。从保证继电保护灵敏度考虑，电阻值越小即流过电阻的电流越大越好。目前的微机保护一般都有零序保护功能，且启动的电流值相当小，一般只需要一次值在10A左右，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能满足零序保护的灵敏度要求。按照上述所选的电阻值，保护灵敏度完全能够满足要求。
（3）从通信角度考虑。从其他实行小电阻接地运行方式的地区运行经验来看，均还未发现有影响通信系统正常运行的情况，因此选择电阻电流600A完全能够避免对通信线路的干扰。
（4）从人身安全考虑，中性点接地电阻的通流越小越好。因为中性点经低电阻接地在发生单相接地故障时，通过故障点的接地短路电流比较大，引起故障点地电位升高，有可能造成跨步电压，接触电势超过允许值。因此在选择电阻值时，应根据地网接地电阻、保护动作时间、接地短路电流核算跨步电压和接触电势是否超过规程。按照国家电网公司《城市配电网技术导则》关于10（20）kV配电网中性点接地方式的选择原则：单相接地故障电容电流达到150A以上，宜采用中性点经低电阻接地方式，并应将接地电流控制在150A～800A范围内，在此范围内相应的人身安全也能得到保证。
2.接地变压器容量
依据IEEE-C62.92.3标准关于过载系数的规定，首先计算出10秒情况下接地变的容量，然后按10秒允许过载倍数折算为连续运行的额定容量。
3.零序电流的采集
零序电流一般可以通过外接零序CT或通过三相电流自产得到，由于10kV出线、站用一般都为两相CT，所以如果想通过自产得到零序电流就必须再补充一只单相CT，且由于三相CT在变比误差、伏安特性及励磁电流等方面存在差异，因此正常运行时就存在不平衡电流，在发生故障时不平衡电流将进一步增大，对提高零序电流保护灵敏度及保护整定方面产生不利影响。[2]因此建议采取安装外接零序CT的方式进行采集。
4.一次间隔的要求
由于接地变不可能直接接在10kV母线上，因此需要单独一个开关间隔将接地变连到10kV母线上，同时由于城区10kV一般分列运行，因此要求每段10kV母线上有一个接地变。
由于故障状况下10kV母线将并列运行时，系统仅需一个小电阻接地点，其中一套装置将切除，同时考虑到小电阻接地装置故障切除的情况，为保证变电站站用电供电安全可靠性，在小电阻接地系统中的站用变与接地变应分开设置，不能采用消弧线圈接地系统中接地变带二次绕组兼做站用变的方式。因此每段10kV母线将设置中性点小电阻接地装置出线柜和站用变出线柜各1面。
5.保护装置参数选择
实施中性点经小电阻接地工程后，相应的一系列保护装置也要做相应的变化，具体体现在以下几方面。
（1）很多保护装置内部零序小CT额定值为1A，在小电阻接地系统中就需要换成5A的额定电流，因为在此系统中接地故障时零序电流很大，额定1A的零序CT不能长时间经受大电流。
（2）按照国家电网公司规程规定，新建中性点小电阻接地变配置具有至少两段零序电流保护（第一时限跳10kV分段，第二时限跳10kV总路）、及电流速断保护和过流保护功能的保护装置，相应的10kV馈线、电容、站用变也应具有至少两段可作用于跳闸的零序保护。
（3）在低压侧备自投动作后，为防止两个接地电阻并列运行时造成接地时保护动作不灵敏（每个接地电阻有分流作用），应完成相关联切回路，10kV分段备自投在跳主供进线开关同时联切该段母线上所连的接地变开关，可利用10kV分段备自投的备用接点或接点重动实现；若10kV分段备自投装置不具有多余接点或为了避免回路复杂，也可以在备自投装置动作后由运行人员手动切除所跳主供进线段上的接地变开关。
（4）需完善接地变保护跳主变低压侧总路，同时闭锁10kV分段备自投功能，可通过接地变保护备用出口接点实现。
综上，在小电阻接地系统中所需要的保护装置具有至少两段零序保护、零序额定电流为5A，接地变保护还应具有备用出口接点等，不满足此要求的保护装置可通过升级程序或更换采样板等来实现。
6.用户侧的设备升级或更换配合工作
由于很多10kV出线的用户高配侧的保护装置也未配置作用于跳闸的零序电流保护，因此在此系统工程中如何说服这些用户配合进行相关设备的升级或更换也是一个值得注意的问题。因为若用户侧高压开关未完善零序过流保护，则该线路上任一点的接地故障将越级到变电站主开关，导致故障停电范围扩大。
三、总结
大城市城区变电站逐步改造成为中性点经小电阻接地系统是配网发展的必然趋势，以上内容只是为该工程的实施提供了一些建议，更多的经验还需要在实践中进行积累。因此在每个城市进行实施时，可以选择电缆化率较高、故障率小和重要用户较少的变电站先行试点，待积累足够经验后再全面开展此项工作。
参考文献：
[1]成都市主城区配网小电阻接地改造可行性研究报告[R].2010.
[2]张春合,等.小电阻接地系统给继电保护带来的新问题[J].供用电,2008,(6).
（责任编辑：刘辉）