李辛陽 喬志遠(yuǎn) 薛曉東

（河南省機(jī)場集團(tuán)有限公司后勤管理中心，河南鄭州 451161）

機(jī)場10kV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式研究

李辛陽 喬志遠(yuǎn) 薛曉東

（河南省機(jī)場集團(tuán)有限公司后勤管理中心，河南鄭州 451161）

本文對(duì)多種配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行介紹，重點(diǎn)分析經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地。然后從多個(gè)角度討論機(jī)場10kV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，提出應(yīng)結(jié)合機(jī)場配電網(wǎng)的實(shí)際，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的中性點(diǎn)接地方式。

機(jī)場供電；10kV配電網(wǎng)；中性點(diǎn)；接地方式

中性點(diǎn)運(yùn)行方式的確定是電力系統(tǒng)中一個(gè)很關(guān)鍵的問題，直接影響系統(tǒng)供電的可靠性、電網(wǎng)的絕緣水平、繼保裝置的選擇、主變壓器和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全［1］。

根據(jù)中性點(diǎn)接地方式的不同，配電網(wǎng)可以分為［2］：小電流接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)大電阻接地；大電流接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。現(xiàn)對(duì)這些接地方式逐一進(jìn)行介紹。

1 小電流接地系統(tǒng)

1.1 中性點(diǎn)不接地方式

不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)沒有直接與大地發(fā)生電氣連接，但也不是絕對(duì)不接地，而是通過對(duì)地電容間接接地。這種接地方式發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的接地電流很小，一般不超過15A，絕緣監(jiān)察裝置只發(fā)出故障信號(hào)，不跳閘，此時(shí)三相正常負(fù)荷電流也不變，允許系統(tǒng)短時(shí)間（2h）帶故障運(yùn)行。由于供電不中斷，可靠性較高。不接地系統(tǒng)單相接地后，故障相電壓變?yōu)?；原中性點(diǎn)處此時(shí)會(huì)產(chǎn)生位移電壓，位移電壓接近于相電壓。

DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地的電容電流允許值——35kV電壓等級(jí)為10A；10kV電壓等級(jí)為30A。

電纜線路的單相接地電容電流估算公式［3］如下：

式（2）中，UN為線路線電壓，kV；K為估算系數(shù)；L為線路長度，km；S為電纜截面積，mm2。

目前，我國中性點(diǎn)不接地方式的適用范圍為：①電壓小于500V的裝置（380/220V照明裝置除外）；②3～10KV電力網(wǎng)，當(dāng)單相接地電流小于10A；③35～60kV電力網(wǎng)，單相接地電流小于30A。如不滿足上述條件，可將中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或其他方式［4］。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地指在中性點(diǎn)和大地之間裝一個(gè)帶鐵芯的電感線圈（消弧線圈），由消弧線圈產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償單相接地故障時(shí)配電網(wǎng)的接地電容電流，從而大大減小故障電流值。補(bǔ)償一般采用過補(bǔ)償方式，電感電流大于電容電流。在我國，3～10kV電力網(wǎng)接地電容電流大于30A和35kV電網(wǎng)接地電流大于10A，通常需裝設(shè)消弧線圈。

消弧線圈補(bǔ)償容量計(jì)算公式［1］如下：

式（3）中，Q為消弧線圈補(bǔ)償容量，kVA；Ic為系統(tǒng)電容電流，A；UN為額定線電壓，kV。

經(jīng)消弧線圈接地方式可以在單相接地故障時(shí)不中斷供電，可靠性高；消弧線圈補(bǔ)償后故障電流很小，基本不起電弧，大大降低了單相接地故障引起過電壓的概率（即使發(fā)生也能抑制在2.8倍相電壓以下）；較小的故障電流降低了跨步電壓，利于人身安全；對(duì)通信干擾也小。

但消弧線圈也有一些缺陷：①電感電流只能對(duì)基波電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，而對(duì)電阻性電流和高頻電流（特別是5次諧波）不起作用；②當(dāng)10kV配電網(wǎng)的主變壓器低壓側(cè)繞組為△接法，無法將中性點(diǎn)引出時(shí)，采用消弧線圈接地要加裝接地變壓器，需要較大的投資，尤其是當(dāng)消弧線圈容量越大時(shí)，要求接地變壓器的零序阻抗越小，然而零序阻抗越小，接地變造價(jià)會(huì)更高［5］；③隨著配電網(wǎng)電纜使用規(guī)模的擴(kuò)大，電容電流的增加，消弧線圈的容量也要增大，但目前由于生產(chǎn)技術(shù)所限，國內(nèi)能生產(chǎn)的消弧線圈最大容量是2.4MVA，所以消弧線圈補(bǔ)償也只能補(bǔ)償100A左右的電容電流；④實(shí)踐表明，輸電電纜發(fā)生單相接地故障多為永久性故障，一般不能自恢復(fù)絕緣，消弧線圈接地不作用于跳閘反而不利于故障的消除，甚至導(dǎo)致?lián)p害的擴(kuò)大化。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)大電阻接地

大電阻接地就是在中性點(diǎn)接入較大電阻，使系統(tǒng)能帶故障運(yùn)行一段時(shí)間而不致使設(shè)備絕緣受損。大電阻接地可將非接地相過電壓限制在2.6倍相電壓以下［6］。這種接地方式一般適用于電容電流不大于10A，額定電壓為10kV及以下的場合，但在實(shí)際10kV配電網(wǎng)中很少使用。

2 中性點(diǎn)大電流接地方式

2.1 中性點(diǎn)直接接地

在我國220/380V和110kV及以上系統(tǒng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，220/380V直接接地是為了人身安全，110kV及以上系統(tǒng)直接接地是為了設(shè)備安全。

這種接地方式優(yōu)點(diǎn)是單相接地時(shí)，非故障相電壓不升高，對(duì)設(shè)備絕緣要求低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。缺點(diǎn)是故障電流很大，故障點(diǎn)附近跨步電壓大，不利人身安全；電力線路與通訊線路平行走向時(shí)，大故障電流耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓，會(huì)對(duì)通訊造成干擾；當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，無論是永久性還是瞬時(shí)性故障均作用于跳閘，導(dǎo)致供電可靠性降低［5］。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

小電阻接地即在電網(wǎng)中性點(diǎn)與大地之間串聯(lián)一個(gè)小電阻。利用這個(gè)小電阻來泄放熄弧后半波的能量，降低電弧重燃的可能性，從而抑制電網(wǎng)過電壓［3］。小電阻常常和零序保護(hù)相結(jié)合，發(fā)生接地時(shí)啟動(dòng)零序保護(hù)切除故障。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是泄放能量后熄滅電弧，抑制工頻過電壓，破壞諧振過電壓發(fā)生的條件消除系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓；零序過流保護(hù)有較好的靈敏度，可以快速有效地切除接地故障線路，不使故障擴(kuò)大；對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇；如果有人誤碰帶電設(shè)備會(huì)及時(shí)跳閘，減少對(duì)觸電人員的傷害。

缺點(diǎn)是無論故障是永久性的還是非永久性的，繼保裝置均跳閘，供電可靠性降低，所以保護(hù)裝置應(yīng)通過時(shí)間配合，盡量使停電范圍最小化；接地點(diǎn)的電流較大，如果保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)將導(dǎo)致更嚴(yán)重后果。

一般選擇小電阻的電阻值在10Ω以下，系統(tǒng)單相接地電流控制在400A左右，也有控制在100A左右［7］。中性點(diǎn)小接地電阻可按下式選擇［7］：

式（4）中，Up為相電壓，V；Ic為單相接地電容電流，A。

需要指出的是，經(jīng)小電阻接地和經(jīng)消弧線圈接地這兩種方式是目前技術(shù)研究的熱點(diǎn)和方向［2］。

3 機(jī)場10kV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問題，需要具體問題具體分析。作為機(jī)場配電網(wǎng)，具有自身的特殊性：作為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)供電可靠性要求高；普遍采用地下敷設(shè)電纜形式供電。研究表明，在6～10kV配電網(wǎng)，尤其是電纜網(wǎng)中，絕緣費(fèi)用占總成本比例較小。所以，采用中性點(diǎn)直接接地方式降低絕緣水平，意義不大。并且機(jī)場內(nèi)重要負(fù)荷多，機(jī)場供電的特殊性，要求必須把供電可靠性放在第一位。所以，直接接地方式必然是不適合的。同時(shí)，由于機(jī)場配電網(wǎng)普遍采用電纜輸電，電纜相比架空線對(duì)地分布電容大大增加，接地電流也增大，采用中性點(diǎn)不接地方式將帶來很多問題。此外，如果中性點(diǎn)不接地，單相接地短路時(shí)，接地電容電流比較大，大的短路電容電流易引起弧光（電弧反復(fù)熄滅重燃），弧光放電會(huì)導(dǎo)致非故障相過電壓達(dá)4～71倍，嚴(yán)重的會(huì)將非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿，進(jìn)而發(fā)展成相間短路事故。10kV配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況也表明［3］，單相接地故障引發(fā)相間短路故障的情況很多。所以，不接地方式雖然供電可靠性高，但自身存在很多問題，從電網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，也很值得商榷。

剩下可選的是經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地。從技術(shù)角度來說，機(jī)場配電網(wǎng)大量采用電纜，對(duì)地分布電容大，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地都是合適的，均可以限制故障電流的值，消除弧光過電壓。并且小電阻接地更易于實(shí)現(xiàn)，技術(shù)更完善。

從供電可靠性來說，消弧線圈接地方式優(yōu)勢明顯，畢竟可以不中斷供電。但電纜線路接地故障，往往都是永久性故障，不會(huì)自然恢復(fù)，故障線路還是需要及時(shí)切除以免擴(kuò)大化，小電阻雖然犧牲了一定的供電可靠性，但利于故障消除；另外，消弧線圈接地故障選線一直是技術(shù)難點(diǎn)，目前是采用選線裝置來尋找故障點(diǎn)，這種方式準(zhǔn)確性不夠且易引發(fā)其他故障（如相間故障），如果采用手動(dòng)點(diǎn)掉再重合，逐路拉試的方法，又會(huì)非常繁瑣。小電阻接地則通過繼電保護(hù)裝置及時(shí)將故障線路跳開，無需人工查找，方便準(zhǔn)確。

從保護(hù)人身安全角度，經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，如果架空線斷線，掉落下來的導(dǎo)線對(duì)于人身安全將造成較大威脅。小電阻接地發(fā)生這種情況則會(huì)保護(hù)正確動(dòng)作把電源切除，確保安全。

從單相接地電流大小角度，10A以內(nèi)，適合選不接地或經(jīng)高阻接地；30～100A，適合選經(jīng)消弧線圈接地；100A以上適合選經(jīng)小電阻接地。

4 結(jié)語

不同機(jī)場配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，負(fù)荷種類不同，中性點(diǎn)接地方式選擇應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電可靠性要求、過電壓水平、接地電流水平、絕緣水平、人身安全和設(shè)備安全、繼電保護(hù)的選擇性和靈敏性、對(duì)通信弱電設(shè)備的影響以及基建費(fèi)用等綜合比較后決定。要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選擇一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)、技術(shù)合理的中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式。

［1］雍靜.供配電系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］賀志鋒，劉沛.對(duì)中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的研究［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2002（9）：70-72.

［3］董振亞.城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展和改進(jìn)［J］.中國電力，1998（8）：38-41.

［4］劉明巖.配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004（16）：86-89.

［5］李福壽.中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的運(yùn)行［M］.北京：水利電力出版社，1993.

［6］DL/T620-1997.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.

［7］戴克銘.配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000（10）：52-55.

Research on the Neutral Point Grounding Mode of Airport 10kV Distribution System

Li XinyangQiao ZhiyuanXue Xiaodong

（Logistics Management Center of Henan Airport Group Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 451161）

In this paper,a variety of neutral point grounding modes were introduced,especially the arc suppression coil grounding and small resistance grounding modes were analyzed in detail.Then the selection of neutral grounding mode of airport 10kV distribution system was discussed specially from multiple perspectives.It was put forward that the actual situation of airport distribution network should be considered comprehensively to choose a safe,reliable, economical and reasonable neutral point grounding mode.

airport power；10kV distribution network；neutral point；grounding mode

TM862

A

1003-5168（2017）02-0134-03

2017-01-05

李辛陽（1971-），男，碩士，高級(jí)工程師，副主任，研究方向：工商管理，機(jī)電工程；喬志遠(yuǎn)（1989-），男，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化；薛曉東（1974-），男，大專，中級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。