关于中性点经小电阻接地方式在运行中存在问题分析(黄)

关于配电网中性点经小电阻接地方式的分析

李景禄1、李政洋1、张春辉2

1.长沙理工大学湖南长沙410076

2.长沙信长电力科技有限公司

湖南长沙（410076）

摘要：本文对配电网中性点小电阻接地方式、对铁磁谐振过电压的消除、对弧光接地过电压的限制及对电网的适用性进行了分析。分析了小电阻接地方式故障点的接地阻抗对零序保护的影响，特别对比分析了架空线路绝缘子闪络造成的瞬时性故障和架空绝缘导线断线接地时对零序保护的影响，认为：小电阻接地方式使供电可靠性下降的原因是架空线路绝缘子闪络时故障电流大，足以启动零序保护，而在架空绝缘导线断线接地时由于接地点接地电阻大会使零序保护“失灵”。因而小电阻接地方式仅适用于纯电缆网络，不适用于架空线路为主或架空电缆混合网。

关键词：小电阻接地方式、单相断线、过渡电阻接地、人身安全Analysis of Neutral Point via Small Resistance Grounding Method

Of Distribution Network

Li Jinglu1、Li Zheng Yang1、Zhang Chunhui2

(1.Changsha University of Science and Technology.Changsha 410076,China;

2.Changsha Xinchang Power technology co., LTD.Changsha 410076,China) Abstract: In this paper, the distribution network neutral point via small resistance grounding method, elimination of ferroresonance overvoltage, the limitation on the over-voltage of arc light earthing and analyzes the applicability of the power grid. Analysis of the impact of small resistance grounding fault point grounding impedance of zero-sequence protection.Special analysis of the overhead line insulator flashover caused by instantaneous fault and overhead insulated wire break ground on the influence of zero sequence protection.Draw the conclusion: the cause of the small resistance grounding mode led to the decrease of the power supply reliability is overhead line insulator flashover fault current is large enough to start the

zero-sequence protection,in overhead insulated conductor break ground, because the ground point grounding resistance congress to make zero-sequence protection "failure".So small resistance grounding method applies only to pure cable network, is not suitable for overhead line or aerial cable hybrid network.

Key words: Small resistance grounding method;Single-phase line break;Transition resistance grounding;The personal safety

0、引言

配电网中性点经小电阻接地方式由于内过电压水平低，在单相接地故障发生时可以通过零序保护及时切除故障线路而广泛应用于以纯电缆线路为主的配电网。但是近年来由于配电网经消弧线圈接地方式存在的安全问题而发生了多起安全事故，于是有些本来是架空电缆混合网或以架空线为主的配电网也改为小电阻接地方式，但这样一来不但造成了供电可靠性的下降，在发生绝缘导线断线时也发生了零序保护失灵，不能及时切断故障线路而造成的安全问题。因而有必要对中性点经小电阻接地方式进行认真的分析，从而对这种接地方式的适用性给出正确的评价。

1、配电网中性点经小电阻接地方式的特点

配电网中性点小电阻接地方式主要应用于以电缆为主的配电网，这种接地方式是在电网的中性点接入一个阻值在10-20Ω的电阻，把配电网由非有效接地系统转变为有效接地系统，各馈线配零序保护，在发生单相接地时，启动零序保护把故障线路切除。配电网中性点经小电阻接地方式的主要特点为：（1）内过电压水平低，因为影响配电网主要的、也是最常发生的内过电压为电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压和单相接地时间歇性电弧引起的弧光接地过电压。①对铁磁谐振过电压的消除、因在小电阻接地方式时，由于在零序回路里

小电阻与电磁式电压互感器的励磁电抗是并联的，小电阻的存在有效地阻尼和制约小电磁式电压互感器因磁饱和引起的铁磁谐振过电压。

②对弧光接地过电压的限制、弧光接地过电压是配电网发生单相接地时故障点产生间歇性的熄弧与重燃引起电网电容上的电场能量与电感磁场能的强烈振荡造成的。在小电阻接地方式时当接地电流较小时，也会产生间歇性的电弧，但由于有小电阻的存在，对电网电容上的电荷提供了一个泄放通道，对电网电感电磁振荡起到了有效的阻尼，所以小电阻接地方式能有效地限制弧光接地过电压。因小电阻接地方式的过电压水平低，不会危及电气设备的绝缘，单相接地故障时，非故障相电压升高较小，发展相间短路的几率较小。（2）单相接地故障时快速切除故障线路、因小电阻接地方式配零序保护，在配电网发生单相接地故障时，通过电阻向故障馈线提供100-600A的阻性零序电流，启动零序保护切除故障线路，不存在消弧线圈接地方式的选线难题因而受到广泛的重视，尤其是北京、上海、广州、深圳等大城市配电网得到广泛的应用。

2、配电网中性点小电阻接地方式适用性分析

2.1、小电阻接地方式应用于纯电缆网络

纯电缆网络由于电缆线路大都埋在地下，虽然有部分电缆线路架空但芯线外部有接地的金属屏蔽层保护，因而纯电缆网络受雷电的影响小一般不会发生雷害事故。现在广泛应用的是交联聚乙烯电缆。交联聚乙烯电缆除了相间主绝缘是交联聚乙烯塑料以及线芯形状是圆形之外，还有两层半导体屏蔽层。在芯线的外表面包第一层半导体屏

蔽层，它可以克服导体电晕及电离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡；在相间绝缘外表面包第二层半导体胶，同时加包了一层0.1mm 厚的薄铜带，它组成了良好的相间屏蔽层，它保护着电缆，使之几乎不能发生相间故障。引起电缆绝缘故障的原因是多方面的，运行经验表明，电缆运行中的事故大多是由于外力破坏，或地下污水的腐蚀等所引起的。由于电缆头和电缆中间接头处由于受电场畸变的影响最易发生击穿故障，在架空电缆混合网，电缆与架空线路的连接处电缆头还易受雷电过电压的作用发生击穿。电缆的故障一般分为高阻故障和低阻故障，但电缆一旦发生故障则一定是永久性故障，所以对电缆网络使用消弧线圈接地是不合适的，因为即使消弧线圈补偿后的残流控制得再好，也不能把故障消除，再者，为了便于故障点查找对高阻故障还需要通过故障电流对故障点“烧穿”降阻，把高阻故障转化为低阻故障。从这个角度讲，小电阻接地方式对故障电流的放大正好起到这一作用。小电阻接地方式能有效限制配电网的内过电压，发生故障时能及时切断故障线路，因而特别适用于纯电缆网络。

2.2、小电阻接地方式应用于架空线路配电网

架空线路构成的配电网的故障主要是雷击、污闪造成缘缘子闪络，其瞬时性单相接地故障占85%左、右。为了保证配电网的供电可靠性，希望在发生瞬时性单相接地故障时能够熄弧而不跳闸。如配电网中性点采用小电阻接地方式，因杆塔有接地装置，一旦绝缘子闪络就是金属接地，其接地电流为：

C d I I +=Z I （1）

式中：d I -故障点的单相接地电流；R I -由零序电阻回路提供的阻性电

流；C I -电网电容电流。

因为线路绝缘子闪络时，流过故障点的阻性电流接为：

N

I Z Z U J N R += （2） 式中：R I -小电阻提供的阻性电流；N U -中性点位移电压；N Z -小电阻

的阻抗值；J Z -小电阻接地处的接地阻抗值。

此时，流过故障点的电容电流C I 也接近全部的电网电容电流，与

接地阻性电流R I 叠加，流过故障馈线的电流会达到零序保护的动作

值，会启动零序保护使线路跳闸。特别是在多雷区，雷击故障多，但大多数雷击闪络时，绝缘子并没被破坏，是瞬时性故障如若采用小电阻接地方式必然会跳闸，会由雷击跳闸使配电网供电可靠性大幅度下降。2010年广州供电公司发生10kv 导线雷击断线并落地造成2人3命的人身伤亡事故后，把所有的消弧线圈接地方式都更换为电阻接地方式，结果造成了供电可靠性大幅度下降。

对于架空线路而言，其永久性接地故障主要为绝缘子对地击穿、导线断线接地、线路上的避雷器击穿接地，因现在配电网使用的绝缘子的绝缘水平和质量一般较高，一般都会发生沿面闪络而不会造成永久性击穿；配电线路上使用的避雷器也由于带自动脱离器而不会使线路发生永久性的接地。而现在由于架空绝缘导线的大量使用而频繁发生绝缘导线断线接地故障。绝缘导线断线原因有：剪切疲劳断线、树木摩擦断线和雷击断线，架空绝缘导线的断线故障是结构性的问题，很难通过对线路的正常巡视检查和检修来预防，以至于架空绝缘导线

断线故障频繁发生，断线接地会对人身安全构成极大的安全风险，国内发生了多次因架空绝缘导线断线接地而产生的人身安全事故。为了解决绝缘导线断线接地带来的人身安全问题，有些地方把以架空线路和架空电缆为主的配电网改为小电阻接地方式，希望在绝缘导线断线接地时通过零序保护切除故障线路来解决人身安全问题。小电阻接地方式直能解决绝缘导线断线接地带来的人身安全问题？答案是否定的，因为在架空绝缘导线断线接地时，由于在导线落地点没有接地装置，如绝缘导线的裸露长度小，故障点土壤电阻率高或导线与大地接触不可靠，则导线与大地间的接地阻抗就较高，此时流过故障点的阻性电流为：

J

N G d Z Z U I ++=ΦZ （3） 式中：d I -流过故障点的入地电流；ΦU -电网相电压；G Z -故障点的接

地阻抗。

在小电阻接地系统中，单相接地时流过故障点的阻性电流较大，一般在400—600A 范围内，所以可以按照确保零序保护的可靠动作来确定零序电流互感器的变比。因零序保护的整定值要大于变电站上单回馈线的最大对地电容电流，在中心变电站一般零序保护的动作值应整定40A ，这样故障点的对地过渡电阻在大于150Ω时，因故障电流达不到零序保护的动作值会使“零序保护失灵”，在故障点的对地过渡电阻小于140Ω时零序保护才能可靠动作。设10kv 架空线路的杆塔接地电阻G Z =30Ω，当线路绝缘子雷击闪络时，流过故障回路的阻性故障电流可达100A 以上，再叠加上电网的电容电流满足零序保

护的灵敏度没有问题。但是若发生架空线路单相导线断线落地，特别是现在的架空线路一般采用绝缘导线，而绝缘导线由于雷击、或对树磨损最易发生单相绝缘导线断线落地，而断线落地处由于没有接地装置，导线对地的接地阻抗为经过渡电阻接地，其接地阻抗取决于导线与大地接触的长度、落地点的土壤电阻率和导线与大地的接触情况。而绝缘导线断线，一般导线的裸露长度小，在落地故障点土壤电阻率较高时，或导线与大地接触不可靠时，都会造成故障点接地阻抗较高，故障电流小满足不了零序电流灵敏度的要求，电网的零序保护就会“失灵”，故障线路不跳闸。另外，故障点接地阻抗较高时，还会造成故障点的入地电流小，这样即使把零序保护的整定值小40A，也会无法利用零序保护来切断故障馈线，解决故障点的安全问题。因而小电阻接地方式无法解决架空线路单相导线断线落地对人身安全风险问题。

2.3、小电阻接地方式应用于架空电缆混合网

现在许多配电网即不是纯电缆构成的电网也不是纯架空线路构成的电网，而是由架空线路和电缆线路组成的架空、电缆混合网。在由架空线路和电缆线路组成的架空、电缆混合网中，即有线路绝缘子闪络产生的瞬时性故障，也有电缆击穿所产生的永久性故障。在这种电网中用小电阻接地方式除了上面分析的特点外，就是在这种网络中在架空线路与电缆线路的联接处的电缆头易发生故障，特别是易发生由架空线路带来的雷击故障。小电阻接地方式发生单相接地时流过故障点的电流为阻性电流与电网电容电流的叠加，在电缆头发生单相接

地时，由于过渡电阻小，流过故障点的电流大而电缆头的相间距离小会使单接地发展为相间短路或引起电缆头或电缆分支箱发生火灾。

3、结论

（1）、小电阻接地方式由于结构简单，其内过电压水平低，在电网发生单相接地时能够通过零序保护及时切除故障线路，因而小电阻接地方式适用于纯电缆网络的配电网。

（2）、架空线路的大多数故障为线路绝缘子闪络产生的瞬时性故障，采用小电阻接地方式时因杆塔接地装置的存在接地电流大，大都满足零序保护动作值而跳闸，会使供电可靠性大幅度下降。

（3）当架空绝缘导线断线接地时，如绝缘导线与大地间的接地阻抗高，故障电流小，会使零序保护“失灵”，故障线路不跳闸，会对人身带来极大的安全风险，因而，小电阻接地方式不适用于架空网络，或架空、电缆混合网络。