朱熊益 刘 鸣 吕 铖

（中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段）

0 引言

电力系统发展初期，容量较小，10kV系统主要以不接地方式为主。电力系统发展中期，单相接地故障时电弧不能熄灭，产生弧光过电压对系统的危害性及对通信的干扰等缺点，国内外开始选用中性点经消弧线圈（谐振）接地、经低电阻接地和经电抗等接地方式，近期有些地区采用的消弧线圈并小电阻的接地方式和中性点电力电子柔性接地方式，对接地电流全补偿消弧、人身安全、过电压抑制和保护等方面有较大的创新。

10kV系统大量采取中性点非有效接地方式运行，单相接地故障时，故障电流低于保护动作阈值，使得故障持续存在且故障电流远超人体安全标准，严重威胁人身安全。为了缓解这一严重安全隐患，目前10kV系统主要通过配置消弧线圈降低故障电流，并配合人工拉路及巡线的方式逐一排查故障，但该方式效率偏低，且在10kV系统容量增大、非线性负荷大量接入的形势下［1－3］，传统的配置方法已无法满足10kV系统安全需求。

本文对于上述的问题，针对现阶段运行的10kV线路以自动化运维为关键指标，采用新型的接地运行方式，配以中性点并联接地电阻，对电力电缆线路进行容性电流经行补偿和中性点电阻释放线路残余电荷的优点，限制暂态过电压，实现单相接地故障处置的功能。本文重点探讨改进的中性点接地方式的应用与实效。

1 国内外10kV系统其他中性点接地方式分析

10kV系统大量采取中性点非有效接地方式运行，现阶段主要为单相接地故障，故障电流低于保护动作阈值，而常规故障排查的手段仍以人工手动为主，因此10kV线路故障往往会持续存在，进而使得瞬时性故障恶化为永久性故障，永久性故障则进一步恶化为严重的短路故障。此外，在故障持续及恶化过程中，会产生巨大的放电电弧与故障电流，电弧的影响尤为明显，严重威胁生命及财产安全［4－7］；接地故障电流则会在故障点产生跨步电压，尤其在雨天等恶劣天气下，10kV系统发生故障的概率升高，而人体又处于水汽环境中，人体自身电阻的保护能力大幅下降，一旦人体接近故障点，跨步电压会瞬间将人体麻痹乃至引发死亡，造成难以挽回的人身安全事故。

可见，单相接地故障仍然是10kV系统中难以根除又不容忽视的严重问题，与此同时，随着10kV线路自动化改革的逐渐突破，10kV系统也开始进入更深层次的多元化建设和发展，系统容量增大，有功及谐波增多，接地故障的危害会再次加重，故障电流引起的跨步电压危险区域也相应扩大，故障的长时间存在会成为严重的安全隐患，可以预见，未来已建设完备的大容量10kV系统将会时刻处于频繁接地故障的巨大威胁中。

因此，在当下10kV系统大力发展和建设的进程中，弥补自动调谐消弧线圈装置的不足，实现接地残流补偿，达到快速熄弧；单相接地后实现单相接地故障处置的功能，能够同时兼顾供电可靠性和消除故障点安全隐患的中性点技术，使10kV系统的安全性得到真正的提升和改善。

2 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式组成

中性点经消弧线圈并联电阻接地装置由接地变压器、调匝式消弧线圈、档位调节有载开关、微机控制器、中性点接地电阻器以及相应的检测元件等组成。图1为中性点经消弧线圈并联电阻接地装置示意图。

图1 为中性点经消弧线圈并联电阻接地装置示意图

10kV系统中性点由接地变压器引出，消弧线圈与电阻并联，二者协调工作，实现过电压抑制以及单相接地故障处置等功能，电阻器的阻值根据电网的实际情况按照一定的策略进行选择，电阻的投切及信号的选择靠控制器配合工作。能够实现电力电缆线路容性电流的消除又能实现瞬时性故障的自动选择和投切工作，此类中性点运行方式能够实现中性接点接地方式的灵活转换，保证线路安全运行的同时实现了设备的稳定运营。

3 改进的中性点接地方运行原理及方案

3.1 单相接地故障的处置能力

图2为改进的中性点在系统发生单相接地时接地原理简化图。

图2 改进的中性点在系统发生单相接地时接地原理简化图

其中，C∑为全网的对地等效电容，L为消弧线圈电感，Rb为中性点接地电阻器，Rg为接地点过渡电阻，EA为电网A相等值电势。

电网中性点接入电阻Rb后，零序电压Uo降低，其表达式为：

由于采用改进的中性点接地方式，系统中短路电路无功分量相比传统的接地方式要小得多，由于改进的中性点中存在电阻的原因，导致系统发生接地时存在相当大的一部分有功分量，因此接地点故障电流的表达式为：

L1为非故障线路，则其线路的零序电流表达式为：

在电网单相接地故障的情况下，由于中性点存在电阻，因此等效电路中存在有功分量，则对于故障线路Ln其零序电流的表达式为：

图3为改进的中性点接地方式中去除了电阻时仿真波形图。

图3 改进的中性点接地方式中去除了电阻时仿真波形图

由图3可以看出，并联电阻投入后，系统零序电压降低，故障线路L1零序电流增加，非故障线路Ln零序电流降低。则可以利用零序有功电流的增量进行单相接地故障处置，其改进方法简单，同时系统运行方便。

3.2 消弧线圈并电阻接地系统接地保护

中性点通过电阻接地时，可以使系统在发生短路接地时，系统中的短路电流减小很多，对于线路以及设备都具有相当重要的保护意义，针对永久性接地故障时，消弧线圈具有保证系统的稳定性的作用，对于瞬时接地故障，由于消弧线圈的作用，系统又能够很好地得到补偿，从而保证了系统的稳定运行。图4为改进的中性点在系统发生单相接地时的保护原理图。

图4 改进的中性点在系统发生单相接地时的保护原理图

4 中性点经消弧线圈并联电阻接地方式成效对比分析

采用消弧线圈并联小电阻的接地方式，下表为10kV系统消弧线圈并电阻接地系统与其他类似产品性能对比。

表 10k V系统消弧线圈并电阻接地系统与其他类似产品性能对比

5 结束语

中性点经改进的方式运行，可实现线路的自动调谐，配以中性点并联电阻，可实现消弧线圈补偿系统中容性电流和中性点电阻释放线路残余电荷的优点，同时抑制系统的暂态过电压，实现系统的单相接地故障处理的功能。

针对瞬时性故障，不投入小电阻，消弧线圈能够实现补偿残流从而达到消弧的目的，保证供电可靠性；针对间歇性接地故障和永久性故障，投入小电阻，增大故障残流，快速切除故障，保证供电安全性。

对于电网电容电流大于10A的系统，采用改进的中性点运行方式可以实现电容电流自动补偿、过电压抑制、单相接地故障选线、故障区段定位及隔离功能。

消弧线圈并电阻接地系统技术逐步趋于成熟和稳定，相信在未来的10kV系统自动化建设中会得到更加广泛的应用，也会在今后10kV自动化系统运行以及升级中发挥越来越重要的作用。