10kV发电机组中性点经电阻接地方式

中性点经电阻接地方式
——适宜于以电缆线路为主配电网的中性点接地方式
一、前言
三相交流电系统中性点与大地之间电气连接的方式，称为电网中性点接地方式。

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。

中性点接地方式直接影响到系统设备绝缘水平的选择、系统过电压水平及过电压保护元件的选择、继电保护方式、系统的运行可靠性、通讯干扰等。

在选择电网中性点接地方式时必须进行具体分析、全面考虑。

我国110kV及以上电压等级的电网一般都采用中性点直接接地方式，在中性点直接接地系统中，由于中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相的工频电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也相对较低；故障电流很大继电保护装置能迅速断开故障线路，系统设备承受过电压的时间很短，这样就可以使电网中设备的绝缘水平降低，从而使电网的造价降低。

这里对中性点直接接地系统不做过多的讨论，下面主要讨论6~35kV配电网的接地方式。

配电网中性点的接地方式主要可分为以下三种：
●不接地
●经消弧线圈接地
●经电阻接地
自1949年至80年代我国基本上沿用前苏联的规定，6~35KV电网均采用中性点不接地或经消弧线圈（谐振）接地方式。

近10多年来沿海一些大城市经济飞速发展，电网的容量和规模急剧扩大，配电线路逐步实现电缆化，系统电容电急剧增加、特别是近几年大规模城市电网改造，电缆线路逐步代替架空线路，电网结构大大加强。

在电缆线路为主的城市电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式，因单相接地过电压烧坏设备的事故概率大大增加，为了解决这一矛盾，许多城市电力部门广泛考察了国外配电网的中性点接地方式，结合本地电网的具体情况，经过充分的分析、研究，发
现采用中性点经低电阻接地方式是解决这一矛盾的有效措施，20世纪80年代后期开始在广州、深圳试用、推广，并很快推广到其他城市（如广州、深圳、珠海、上海、北京、天津、厦门、南京、苏州工业园区、无锡、讪头、惠州、顺德、东莞等），同时，也在发电厂，机场、港口、地铁、钢厂、有色金属冶炼厂等行业被广泛采用。

通过多年的运行经验证明，中性点经电阻接地方式对降低系统过电压水平、抑制谐振过电压、提高系统运行可靠性具有良好的效果。

现在，中性点经电阻接地方式已被写入电力行业规程，电力行标DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第3.1.4条规定：“6—35KV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。

”
第3.1.5条规定：“6KV和10KV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振，间隙性电弧接地过电压等对设备的危害，可用高电阻接地方式。

”
二、各中性点接地接地方式优、缺点比较
(一)中性点不接地方式
1、适用范围
●适用于单相接地故障电容电流I C<10A、以架空线路为主的配电网。

此类型电网
瞬时性单相接地故障占故障总数的60%～70%，希望瞬时性单相接地故障时不马上跳闸。

2、中性点不接地系统的特点：
●单相接地故障电流小于10A，故障点电弧可以自熄；熄弧后故障点绝缘可以自行
恢复；
●单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行一段时间，以便查找故障线路；
●通讯干扰小：
●简单、经济。

●单相接地故障时，非故障相对地工频电压升高 3 倍，在中性点不接地电网中，
各种设备的绝缘要按线电压的要求来设计。

●当Ic>10A时，可能产生过电压倍数相当高的间歇性电弧接地过电压，这种过电
压持续时间长，过电压遍及全网，对网内绝缘较差的设备、有绝缘弱点的设备、绝缘强度较低的旋转电机等都存在较大的威胁，在一定程度上影响电网的安全运行。

因间歇电弧过电压引起的不同相的两点或多点接地、烧毁主设备、造成严重停电的事故在许多电网都有多次发生。

●系统发生谐振过电压引起电压互感器容断器熔断、烧毁PT、甚至烧毁主设备的事
故常有发生。

（二）中性点经消弧线圈接地方式;
1、适用范围：
●适用于单相接地故障电容电流I C>10A、瞬时性单相接地故障多的以架空线路为主
的电网。

2、中性点经消弧线圈接地方式的特点；
●利用消弧线圈的感性电流对电网的对地电容电流进行补偿，使单相接地故障电
流<10A，从而使故障点电弧可以自熄；
●故障点绝缘可以自行恢；
●可以减少间隙性弧光接地过电压的概率；
●单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行一段时间，以便查找故障线路；
3、对以电缆线路为主的城市配网，消弧线圈接地方式存在的一些问题：
●单相接地故障时，非故障相对地电压升高到 3 相电压以上，持续时间长、波及
全系统设备，可能引起第二点绝缘击穿，引起事故扩大。

●消弧线圈不能补偿谐波电流，有些城市电网谐波电流占的比例达5%-15%，仅谐
波电流就可能远大于10A，此时无法避免发生弧光接地过电压。

●对于电容电流很大的配电网，如果通过补偿要使单相接地故障电流I jd <10A，就
必须使系统保持较小的脱谐度，系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，使中性点电压偏移超过规程允许值(<15%U n)，保护将发出接地故障信号。

另外脱谐度太小，系统运行在接近谐振补偿状态，将给系统运行带来极大的潜在危险（谐振过电压）；要保证中性点位移电
压不超过规程允许值，就要增大脱谐度，然而，脱谐度过大，将导致残余接地电>10A)，又可能引起间歇性弧光接地过电压。

很难保证既使残余接地电流太大(I
jd
<10A，又保证中性点位移电压不超过规程允许值这两个相互制约的条件。

流I
jd
●消弧线圈的调节范围受到调节容量限制，其调节容量与额定容量之比一般为
1/2，如按终期要求选择，工程初期系统电容电流小，消弧线圈的最小补偿电流偏大，可能投不上；如按工程初期的要求选择，工程终期时系统电容电流大，消弧线圈的最大补偿电流又偏小，也不能满足合理补偿的要求。

●在运行中，消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流会出现较大误差，运行中就
发生过由于实际电流与名牌电流误差较大而导致谐振的现象。

●由于系统的运行方式及系统电压经常变化，系统的电容电流经常变化，跟踪补偿
困难。

目前的自动跟踪补偿装置呈百花齐放的景象，实际运行考验时间较短，运行情况还不理想。

而且价格高、结构复杂、维护量大，不适应无人值班变电站的要求。

●由于上述原因，中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率，不能消
除弧光接地过电压，也不能降低弧光接地过电压的幅值，弧光过电压倍数也很高，对设备绝缘威胁很大。

特别是对紧凑型配电装置及电缆线路，更易造成绝缘击穿或相间短路，造成设备烧毁的大事故。

根据近年统计记录分析，随着城市电网电容电流的迅速增大，发生高倍数弧光过电压的概率增加，深圳市中性点电网在1995年前采用中性点不接地及经消弧线圈接地方式，据统计，1992—1995四年时间发生24次因过电压造成变电站出口短路，烧坏主变5台，10KV开关柜烧坏事故娄有发生。

●寻找单相接地故障线路困难，目前许多针对消弧线圈接地系统的小电流接地选线
装置的选线正确率还不理想，往往还要采用试拉法。

●采用试拉法时，既造成非故障线路短时停电，又会引起操作过电压。

湖南省电力
试验研究所试验：对35KV系统，在一相接地情况下，在非电阻接地系统中共进
超过4.1 P U 行了551相0—0.5—C操作循环，实测最大过电压倍数超过4.9P U。

的概率达到16.5%，1984—1985年上海供电局和华东电力试验所在江宁变电站进行了切合35KV 空载电缆试验，也测得4.5P U 的过电压值。

●系统谐振过电压高，谐振过电压持续时间长并波及全系统设备，常造成PT烧坏、
或PT熔断器熔断。

武高所和广州供电局在区庄变电站试验中测得1/2分频谐振
过电压达2P U，测得由合闸操作激发的3次高频谐振过电压达4P U，测得A相导线断线并接地于负荷侧时，谐振过电压值为3.8P U。

●电缆排管或电缆隧道内的电缆发生单相接地时，不能及时断开故障线路，可能引
起火灾，上海某35KV系统电缆就发生过单相接地一小时后引起火灾，烧毁电缆隧道中40多条电缆的重大事故。

●寻找故障线路时间较长，在带接地故障运行期间，容易引起人身触电事故。

●单相接地时，非故障相电压升高至线电压或更高，在不能及时检出故障点的情况
下，无间隙金属氧化物（MOA）避雷器长时间在线电压下运行，容易损坏甚至爆炸。

弧光接地过电压、谐振过电压幅值高、持续时间长，MOA由于动作负载问题，一般不要求WGMOA保护系统内过电压，不能有效利用MOA的优良特性，不利于MOA在配电网的推广使用。

（三）中性点经电阻接地方式
中性点经电阻接地方式可分为三种：经高阻接地、经中电阻接地和经小电阻接地。

1、中性点经高电阻接地方式
中性点经高阻接地方式适用于对地电容电流Ic<10A的配电网，单相接地电流大于允许值的大型发电机，单相接地故障电流Ijd<10A，中性点接地电阻值一般为数百欧姆至上千欧姆。

中性点经高阻接地可以消除大部分谐振过电压，对单相间歇弧光接地过电压具有一定的限制作用。

2、中性点经中电阻和小电阻接地方式
中电阻和小电阻之间没有统一的界限，一般认为单相接地故障时通过中性点电阻的电流10A<I R<100A时为中电阻接地方式，当I R>100A时为小电阻接地方式。

中性点经中电阻和小电阻接地方式适用于以电缆线路为主、瞬时性单相接地故障很少的、系统电容电流比较大的城市配网、发电厂厂用电系统及大型工矿企业配电系统。

3、以电缆线路为主的配电网的特点：
●单位长度的电缆线路的电容电流比架空线路电容电流大10几倍，以电缆为主的
配电网对地电容电流都比较大。

●电缆线路受外界环境条件（雷电、外力、树木、大风等）影响小，瞬时接地故障
很少，接地故障一般都是永久性故障。

●电缆线路发生接地故障时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，如不及
时跳闸，很容易造成相间短路，扩大事故。

●电缆为弱绝缘设备。

例如，10kV交联聚乙稀电缆的一分钟工频耐压为28KV ，
而一般10kV 配电设备的绝缘水平为35kV 。

在消弧线圈接地系统中，由于查找故障点时间较长，电缆长时间承受工频或暂态过电压作用，易发展成相间故障，造成一线或多线跳闸。

上海79—84的统计结果表明，有30%单相接地故障在查找故障点过程中，引起跳闸或闪络。

据湘潭钢厂同志介绍，该厂的变配电系统原采用消弧线圈接地，由于厂区基本上都是电缆线路，且使用年限较长、绝缘老化，在单相接地时，经常发生来不及找出故障线路，非故障线路就发生电缆爆炸的情况。

●接地故障时要求继电保护及时动作跳开故障线路。

●随着城市电网改造工作的进展，大部分负荷都采用环网或双电源供电，配电网的
结构得到加强，有些地方已开始配网自动化的实施，从而大大提高了供电可靠性，而不是靠带接地故障运行来提高供电可靠性。

4、中性点经电阻接地方式的特点：
●中性点电阻是耗能元件，也是阻尼元件（而消弧线圈是谐振元件）。

●可以降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压< 3 相电压，且持续时间
很短。

●有效地限制弧光接地过电压，在中性点经电阻接地的配网中，当接地电弧熄弧后，
系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，在下一次燃弧时其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，不会产生很高的过电压。

中性点电阻阻值越小，泄放残荷越快。

适当选择中性点电阻值，可以将过电压倍数限制在满意的范围内。

●是消除系统各种谐振过电压的最有效措施，中性点电阻相当于在谐振回路中并接
一个阻尼电阻，由于电阻的阻尼作用，基本上可以消除系统的各种谐振过电压。

试验表明，只要中性点电阻不是太大(不大于1500Ω)，就可以消除各种谐振过电压，电阻值越小，消除谐振的效果越好。

●降低操作过电压，中性点经电阻接地的配网发生单相接地故障时，零序保护动作,
可准确判断并快速切除故障线路，如果故障线路是电缆线路，考虑到接地故障一般是永久性故障，对故障线路不进行重合闸，不会引起操作过电压。

如果是架空
线路,由于架空线路发生瞬时故障的可能性较大，在故障线路跳闸后，还将重合一次。

实测表明，不论重合成功与否，在重合闸过程中均无明显的谐振过程和过电压。

●提高系统安全水平、降低人身伤亡事故，在低电阻接地系统发生接地故障时，零
序保护可以在很短时间内动作，将电源切除，这就大大降低了人员接触带电故障设备的机会，从而减少了人身触电伤亡的机会。

深圳市10kV配电网采用70多套中性点电阻接地装置，运行6年多，从未发生过因单相接地引起的人身或牲畜触电伤亡事故。

广州市10kV 配电网采用中性点小电阻接地方式后，人身触电伤亡事故也大幅下降。

●有利于无间歇金属氧化物避雷器（MOA）的推广使用，中性点经电阻接地系统中，
无间歇金属氧化物避雷器不会长期工作在很高的工频过电压和暂态过电压作用下，不会因为其通流容量不足和加速老化而发生爆炸，所以中性点经电阻接地系统适宜采用无间隙金属氧化物避雷器（MOA）。

●有利于降低系统设备绝缘水平和提高系统安全可靠运行水平，由于系统的工频电
压升高和暂态过电压倍数较低，加之无间隙金属氧化物避雷器保护性能优越，可以将雷电过电压和操作过电压限制到较低水平，所以，中性点经小电阻接地系统的电气设备承受的过电压数值低、时间短，可以适当降低设备的绝缘水平，节约设备投资，对采用原标准的设备则安全可靠性和设备使用寿命大大增长，同时也大大提高整个系统的运行可靠水平，具有明显的经济效益。

●可及时切除故障线路，中性点经小电阻接地系统可以简单的配置零序过流保护，
在发生单相接地故障时，故障线路的零序保护动作，跳开本线路的断路器，深圳市城市电网自1996年开始实施10kV电网小电阻接地方式，至2000年已有城区20多个220kV、110kV 变电站、70多套中性点电阻柜运行，经过四年多运行检验，零序保护动作近500次，统计分析证明，零序保护动作正确率达99%以上，配电设备重大或特大事故大幅降低。

●中性点经电阻接地方式对系统电容电流变化的适应范围较大，当确定适当的接地
电阻值后，系统的电容电流在较大的范围内变化，接地电阻对降低弧光过电压、消除谐振过电压的效果不会有明显的变化，所以在系统运行方式发生变化及电网发展时，可以不改变接地电阻值。

简单、可靠、经济。

中性点接地电阻结构简单、可靠、投资省。

三、中性点接地电阻阻值的选择
我国现在还没有专门针对中性点接地电阻如何选择的规程、规范。

中性点电阻值的选择必须根据电网的具体条件，主要考虑限制间隙弧性光接地过电压的倍数、继电保护的灵敏度、对通讯线路的干扰、接触电压及跨步电压等因素，按综合效果最佳的原则进选择。

（一）高阻接地方式电阻值的选择
控制单相接地故障电流小于10A。

一般按I R=（1~1.5）I C进行选择。

（二）中电阻和小电阻接地方式电阻值的选择
这里定义：Rn—中性点电阻；
U ph—额定相电压；
I R—电网单相接地故障是流过Rn的电流；I R=U ph/Rn
Ic—电网电容电流；
K= I R/ Ic
1、按限制弧光接地过电压的要求选择
中性点接地电阻限制弧光接地过电压的原理是电阻的耗能作用，当发生单相接地故障时，故障点电弧从熄灭到重燃的时间一般为半个周期，在这半个周期内，非故障相对地电容中的电荷将通过中性点接地电阻Rn向大地泄放，电荷泄放的规律为Q0e-t/
式中，τ为电荷泄放时间常数，其值为：τ=R n×3C
0，R n为中性点电阻，Q
为电网每
相对地电容中储存的电荷。

电荷泄放的速度与K值有关，随着K值增加弧光过电压相应降低。

但是弧光过电压倍数的降低与K 值的关系并非直线关系，当K值大于4后，再增加K值，降低弧光过电压的效果就不明显了。

国内外许多研究机构和科研人员进行大量的试验和计算表明，当I R= Ic时，在半个周期内可将电网对地电容的电荷
泄放到只有0.043 Q
，这时可将间歇性弧光过电压倍数限制在2.5倍以内。

当I R= 4Ic 时，可将间歇性弧光过电压倍数限制在2倍以内，一般选取I R= （1~4）Ic即可满足限制间歇性弧光过电压的要求。

2、按保证继电保护灵敏度的要求选择
中性点经电阻接地系统是通过各条线路的零序保护来判断故障线路的，当某条线路发生单相接地故障时，该线路的零序保护动作，跳开本线路的断路器，使故障点与电源隔离。

所以，再选择中性点接地电阻Rn时，要保证每条线路的零序保护都有足够的灵敏系数。

在中性点经低电电阻或电阻接地系统中，当发生金属性单相接地时，流过故障线
路的零序故障电流I
jd = I
R
2+I
CΣ
2，流过非故障线路的零序电流为馈线本身的电容电流
I C。

L ，I
jd
远远大于I
C。

L
，线路的零序保护是按躲过本线路的对地电容电流进行整定的，
单相接地时，故障电流远远大于整定植，保护灵敏度是完全可以保证的.
3、按降低对通信线路的干扰影响考虑
对于35kV和10kV配电系统来说，与中性点不接地或经消弧线圈接地方式比较，中性点经小电阻或中电阻接地系统的单相接地短路故障电流比较大，流经故障线路的零序电流对通信线路的影响也可能会增大，但影响的程度取决于馈电线路与通信线路之间距离、夹角、平行敷设长度等具体情况，须作具体计算分析和实测。

配电网对通信线路的干扰按干扰性质分为干扰影响和危险影响。

我国四部一委协议规定，如通信电缆与大地间未装放电器时，危险影响电压不得大于试验介质电气强度电压和60%，一般规定不超过430V；对高可靠线路，即故障后能在0.2s内切断者，规定不超过650V。

上海供电局曾因建设人民广场地下220KV变电站，进行了电磁感应电压计算，计算条件为：10kV接地短路电流1000A；35kV接地短路电流分别取1000A和2000A；变电站和故障点接地电阻均按0.5Ω计；10kV电力电缆和通信电缆平行长度1km，35kV为2km，平行间距50cm，综合屏蔽系数0.6，感应电压计算结果为：
10kV：225V；
35kV：245V和461，
均低于规程DL 5033-94的规定值。

北京市和广州市10kV配电网均采用I R为600A的小电阻接地方式，深圳配电网采用I R为400A的小电阻接地方式，通过计算分析，配电网单相接地短路时对通信线
路的影响均低于DL 5033-94的规定值。

为了降低中性点经小电阻接地配电网单相接地时对通信线路的影响，应选择阻值较小的中性点接地电阻，同时尽量减小馈电线路的平行敷设长度，增大两种线路之间的距离。

4、从对人生安全方面考虑
中性点经小电阻接地配电网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，故障点的跨步电压、接触电压可能会超过允许值。

如果此时人员接近故障点或者是接触故障电器有可能会造成人员伤亡。

所以从降低故障点的跨步电压和接触电压角度考虑，I
值越小越好，即中性点接地电阻阻值越大越
R
越好。

深圳市区各变电站均采用中性点经15Ω电阻接地，深圳供电局对单相接地故障时的跨步电压和接触电压进行了专门的试验和实测，试验和实测结果证明，单相接地故障是一般不会出现危及人身安全的跨步电压和接触电压的。

中性点经小电阻接地系统在发生单相接地故障时，由于保护能正确动作跳闸，在短时间内使接地故障线路失去电源，一方面可使触电人员在很短的时间内脱离电源，大大减小对触电人员的伤害程度。

另一方面，由于保护动作跳闸的时间很短，人员在保护动作的时限内接触故障点的概率是非常小的。

也就大大的减少了单相接地故障时造成人身伤害事故机会。

电缆线路在发生单相接地时由于外皮的分流作用，入地电流仅有一小部分，所以引起的地电位升高也比较小，一般不会造成危险的跨步电压和接触电压。

北京供电局、广州供电局、深圳供电局、上海供电局等电网的运行经验证明：采用小电阻接地方式后人身安全事故将大幅度的下降。

5、从减小故障点接地短路电流考虑
故障点的单相接地短路电流越大，故障时对故障设备的损害越大，从减小单相接地故障电流对故障设备的损害程度考虑，中性点接地电阻的阻值越大越好。

综上所述，中性点接地电阻阻值的选择是一个综合性的技术经济问题，根据各个配电网的具体条件、特点全面分析比较，选择最佳方案。

近几年中国电机工程学会高压专委会组织召开了多次中性点接地技术研讨会，与会专家基本上达成共识，在满足降低间隙性弧光接地过电压的前提下，可采用阻值较大的中性点接地电阻。