中性點采用什么接地方式是配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計過程中需要解決的基本技術(shù)問題。GB 50613—2010《城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對于中壓配電網(wǎng)來說，當(dāng)電容電流小于10A時采用不接地方式;10～150A時采用消弧線圈接地;電容電流大于150A且全是電纜網(wǎng)絡(luò)時，采用小電阻接地。目前，我國供電企業(yè)基本上是遵循上述原則選擇配電網(wǎng)的接地方式的。但是，近年來個別供電企業(yè)出于解決故障選線困難、消除破壞系統(tǒng)絕緣的接地過電壓以及防止落地導(dǎo)線危害人身安全的考慮，在架空以及架空線路與電纜混合網(wǎng)絡(luò)中也采用了小電阻接地方式;有的已經(jīng)采用了小電流接地方式的也在考慮改為小電阻接地。

顯然，對配電網(wǎng)采用什么接地方式為好，目前業(yè)界還沒有完全形成共識。圍繞接地方式的劃分方法、接地方式對供電質(zhì)量以及人身安全的影響、小電流接地故障選線與定位技術(shù)是否成熟等問題，人們還存在一些模糊認(rèn)識，甚至有爭論。本文根據(jù)國內(nèi)外的有關(guān)資料，談?wù)剬@些問題的看法，并對配電網(wǎng)接地方式的選擇提出建議。

1、中性點接地方式及其分類

實際配電網(wǎng)中性點采用的接地方式主要有：直接接地、不接地、小電阻接地、諧振接地(消弧線圈接地)等。在我國，早期人們將這幾種接地方式分為大電流接地與小電流接地方式，現(xiàn)在一般分為有效接地與非有效接地方式。在一些人的觀念中，以上2種劃分標(biāo)準(zhǔn)是等同的，即有效接地方式就是大電流接地方式，非有效接地方式就是小電流接地方式。事實上，這2種接地方式的劃分標(biāo)準(zhǔn)還是有較大差異的。

大電流接地與小電流接地方式是根據(jù)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時接地電流的大小劃分的。大電流接地配電網(wǎng)單相接地電流比較大，需要斷路器立即跳閘切除故障，以消除大接地電流的危害;而小電流接地配電網(wǎng)單相接地電流比較小，不需要立即切除故障。除減少接地電流危害外，采用小電流接地的主要目的是利用接地電弧在電流較小時能夠自行熄滅的特點，實現(xiàn)接地故障的自愈，減少故障造成的停電。

關(guān)于大電流與小電流接地方式的劃分，并沒有一個嚴(yán)格的電流數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。不接地與諧振接地，屬于小電流接地方式，小電流接地配電網(wǎng)單相接地電流一般不會超過10A;中性點直接接地、小電阻接地屬于大電流接地方式，大電流接地配電網(wǎng)單相接地電流一般大于200A。

有效接地與非有效接地的劃分方法源于美國電機工程師協(xié)會(AIEE)在1947年頒布的32號標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定系統(tǒng)或系統(tǒng)的指定部分的任何各點上零序電抗對正序電抗之比都不大于3，而且零序電阻對正序電抗之比不大于1時，該電力系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分被認(rèn)為是中性點有效接地的，否則是非有效接地。

就中壓配電網(wǎng)來說，如果主變壓器中性點采用直接接地方式，其阻抗參數(shù)一般都會滿足有效接地系統(tǒng)的條件。中國部分城市的電纜配電網(wǎng)采用小電阻接地方式，接地電阻值在10Ω左右，單相接地故障時接地電流約600A，需要配置動作于跳閘的接地保護(hù)，屬于大電流接地方式，但其接地故障回路的零序電阻超過30Ω，遠(yuǎn)大于正序電抗值，屬于非有效接地系統(tǒng)。因此，在討論配電網(wǎng)繼電保護(hù)問題時，還是使用大、小電流接地方式的劃分辦法比較好。

2、接地方式與供電質(zhì)量

配電網(wǎng)單相接地故障中瞬時性故障的比例比較高，如果采用小電阻接地方式，即使重合閘成功，也會出現(xiàn)1s左右的停電，給一些敏感的負(fù)荷(如聯(lián)合生產(chǎn)線、高科技數(shù)字設(shè)備)帶來經(jīng)濟(jì)損失。采用小電流接地方式后，具有瞬時性故障性質(zhì)的電弧一般都能夠自行熄滅，實現(xiàn)故障的自愈，不會造成停電，能夠顯著地提高供電質(zhì)量。

配電線路中絕大部分接地故障由雷電、樹枝碰線、鳥和其他動物落在導(dǎo)線之間，以及污穢造成絕緣子閃絡(luò)等原因引起，這些故障一般都是瞬時性的。電纜線路中瞬時性故障相對要少一些，但仍然有一定的比例。不少人認(rèn)為，電纜絕緣的破壞都是永久性的，因此電纜本體中不存在瞬時性故障。而實際故障記錄結(jié)果表明，有一部分電纜本體中的小電流接地故障電弧能夠自熄滅，說明其故障性質(zhì)是瞬時性的。例如，根據(jù)某石化企業(yè)的記錄，在某次電纜本體發(fā)生永久接地故障前的7天內(nèi)，共發(fā)生了8次瞬時性接地故障，其中6次的持續(xù)時間約為一個工頻周期，另2次的持續(xù)時間也小于1s。

輸電線路單相短路故障的統(tǒng)計結(jié)果表明，70%～90%的故障屬于瞬時性故障。而根據(jù)福建泉州一變電站小電流接地故障的統(tǒng)計結(jié)果，99%以上的故障是瞬時性的。這與接地電弧在消弧線圈的作用下熄弧率比較高，故障會在一段時間內(nèi)多次出現(xiàn)有關(guān)。

據(jù)我國南方沿海某城市供電局對一變電站的統(tǒng)計結(jié)果，在中性點由諧振接地改造為小電阻接地后的3年中，10kV線路共跳閘136次，年均45次;而在改造之前的2年中，共跳閘53次，年均26.5次;諧振接地方式的年均跳閘率比小電阻接地方式低近1倍。英國的研究報告指出，配電網(wǎng)采用諧振接地方式時故障造成的停電相比小電阻接地方式減少50%以上。英國北方(Northern)電力公司的統(tǒng)計結(jié)果表明，配電網(wǎng)采用諧振接地后，除減少短時停電外，永久故障造成的長時間停電次數(shù)也減少了10%。

采用諧振接地方式，可以顯著地提高故障熄弧率。據(jù)意大利電力公司(ENEL)的統(tǒng)計，在將中壓電網(wǎng)接地方式由不接地改為可調(diào)消弧線圈接地后，接地故障引起的歷時1s內(nèi)的瞬時停電減少51%，1s～3min的短時停電減少38%，長時間停電減少26%;如果采用固定調(diào)諧的消弧線圈，瞬時停電減少26%，短時停電減少22%，長時間停電減少10%。

3、小電流接地故障選線與定位問題

小電流接地配電網(wǎng)的單相接地電流比較小，對于采用諧振接地方式的配電網(wǎng)來說，故障線路的電流甚至比非故障線路還要低，再加上相當(dāng)一部分故障是間歇性的，使得采用常規(guī)的基于穩(wěn)態(tài)零序電流的保護(hù)方法難以準(zhǔn)確地檢出故障線路來。長期以來，由于缺少可靠的故障選線手段，我國供電企業(yè)主要依靠人工拉路選擇故障線路，使得健全線路也出現(xiàn)不必要的停電。根據(jù)東部某省統(tǒng)計，由單相接地拉路選線造成的短時停電占到所有短時停電次數(shù)的40%。而接地故障得不到及時處理，因間歇性弧光接地產(chǎn)生的過電壓可能使健全線路絕緣擊穿，引發(fā)兩相接地短路故障;如果電纜線路發(fā)生接地故障，長時間的接地弧光電流也可能燒穿故障點絕緣，使其發(fā)展為相間短路故障。

歐洲大陸國家普遍采用小電流接地方式，主要通過在出現(xiàn)永久接地后的消弧線圈二次側(cè)投入一個并聯(lián)電阻的方法解決故障選線問題，并聯(lián)電阻產(chǎn)生約20A的阻性接地電流。大部分國家(如芬蘭、意大利等)采用有功功率方向繼電器選線，法國電力公司(EDF)開發(fā)了一種采用DESIR法的保護(hù)裝置，其工作原理是通過測量所有饋出線路的零序電流，計算出其中的阻性分量，選擇阻性分量最大、相位相反的線路作為故障線路。近年來，投入并聯(lián)電阻的方法在我國也獲得了應(yīng)用，不同之處是產(chǎn)生的電流較大(約40A)，通過檢測零序電流的幅值選出故障線路來。此外，國內(nèi)廠家還開發(fā)了一種稱為小擾動法的選線技術(shù)，通過人為改變消弧線圈補償度，人為增大故障線路零序電流解決選線問題，其思路與投入并聯(lián)電阻的方法類似。

投入并聯(lián)電阻的方法放大了接地電流，而且需要安裝電阻投切設(shè)備，存在成本高、有安全隱患的缺點。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著微機保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號的選線技術(shù)取得了突破。我國在暫態(tài)選線技術(shù)的研究上已居世界前列，目前已有數(shù)千套暫態(tài)選線裝置在現(xiàn)場應(yīng)用。德國也開發(fā)出一種采用庫倫—電壓法的暫態(tài)選線裝置，通過比較電流的積分(電荷量)與暫態(tài)電壓的變化選擇故障線路，在德國、愛爾蘭等國家獲得了成功的應(yīng)用。暫態(tài)法靈敏度高，適用于間歇性接地故障，而且不需要在變電站安裝附加設(shè)備，發(fā)展前景廣闊。

小電流接地故障的定位問題也是一個長期困擾電力部門的難題。而在消弧線圈的二次側(cè)投入并聯(lián)電阻后，通過比較線路上不同點零序電流的幅值，可以實現(xiàn)故障區(qū)段的定位。為便于識別故障信號，有的故障定位系統(tǒng)采用將并聯(lián)電阻周期性投入/退出的方法，以在故障線路上產(chǎn)生幅值周期性變化的零序電流。近年來，已開發(fā)出了比較暫態(tài)零序功率方向或比較暫態(tài)零序電流相似性的故障定位方法，實際故障定位效果良好，進(jìn)一步豐富了小電流接地故障定位的技術(shù)手段。

小電流接地配電網(wǎng)的接地過電壓危害，主要是配電網(wǎng)長期帶接地點運行并且接地點存在間歇性燃弧現(xiàn)象造成的。采用暫態(tài)選線技術(shù)，能可靠地檢出間歇性燃弧接地故障，及時動作于跳閘切除故障線路，完全可以避免接地過電壓引起的相間短路故障。

缺少可靠的故障選線與定位手段一度是影響供電企業(yè)選擇小電流接地方式的重要因素。目前來看，采用投入并聯(lián)電阻的方法或暫態(tài)選線方法，故障選線與定位的成功率能夠超過90%，使小電流接地故障選線與定位難的問題得到解決，為推廣應(yīng)用小電流接地方式創(chuàng)造了條件。

4、接地方式與人身安全問題

有人認(rèn)為，采用小電阻接地方式后接地保護(hù)可以在人體接觸帶電體后立即動作于跳閘，減少對人體的傷害;而在導(dǎo)線墜地時，也由于接地保護(hù)的動作及時斷開電源，可防止其危害人身安全。事實上，由于人體電阻高達(dá)1000Ω，對于不同接地方式的配電網(wǎng)來說，人體單點接觸配電網(wǎng)產(chǎn)生的接地電流差別并不大，都在數(shù)安培內(nèi)。小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)的整定值一般都在20A以上，是難以可靠地切除有人觸電的配電線路的。對于導(dǎo)線墜地的情況，如果接地點導(dǎo)電條件好，接觸電阻比較小(小于100Ω)，即使采用小電流接地方式，目前的故障選線技術(shù)也能可靠地選出故障線路來，及時動作于跳閘;如果導(dǎo)線墜落到干燥的地面、水泥或瀝青路面等，接觸電阻比較大，接地電流很小，即使采用小電阻接地方式，接地保護(hù)也不會動作，并不能及時消除安全隱患。我國南方一沿海城市的10kV配電網(wǎng)在1993～2000年間共發(fā)生了11起觸電死亡事故，而當(dāng)時變電站的保護(hù)沒有動作。因此，在人身安全方面，小電阻接地方式并沒有明顯的優(yōu)勢。

人體觸電以及導(dǎo)線墜落在導(dǎo)電條件不好的地面，都屬于高阻接地性質(zhì)。在接地電阻達(dá)到數(shù)百歐姆時，配電網(wǎng)不論何種接地方式，目前的技術(shù)都難以可靠地實現(xiàn)故障選線與定位。高阻故障的檢測是一個公認(rèn)的技術(shù)難題，解決這一問題，對減少配電網(wǎng)觸電事故或減輕觸電危害程度，具有十分重要的意義。

5、利用瞬時性接地故障信息實現(xiàn)在線監(jiān)測

在小電流接地配電網(wǎng)中，瞬時性接地的持續(xù)時間一般從幾毫秒到幾分鐘不等，但大多小于1s，圖1給出了一個實際瞬時性接地故障錄波圖，可見故障持續(xù)時間就只有1個工頻周期左右。

對于電纜網(wǎng)絡(luò)，長期以來一直認(rèn)為其絕緣擊穿是不可恢復(fù)的，一旦發(fā)生故障就是永久性的，不存在瞬時性接地故障。事實上，電纜網(wǎng)絡(luò)中的電氣設(shè)備、電纜頭等都是瞬時性接地的高發(fā)地。前文介紹過，即使對于電纜本體，也存在瞬時性接地現(xiàn)象。

實際配電網(wǎng)中瞬時性接地故障可分為一次性瞬時接地以及重復(fù)瞬時接地故障。重復(fù)瞬時接地指故障隱患依然存在，條件具備時會再次發(fā)生接地，并將最終轉(zhuǎn)化為永久故障。換句話說，一些永久性接地是有瞬時性接地前兆的。根據(jù)某架空線路為主的配電網(wǎng)實際故障統(tǒng)計，在20次永久接地故障中，有7次在故障前存在不同程度的瞬時性接地現(xiàn)象，其中2次在永久故障前72h內(nèi)分別發(fā)生了15次和16次瞬時性接地，另有一次在永久故障前48min內(nèi)發(fā)生了7次瞬時性接地。

由于瞬時性故障持續(xù)時間短、不影響正常供電、不需要人工處理能夠自行恢復(fù)，目前，運行部門對此并不予以特別的關(guān)注。事實上，如果能夠捕捉、記錄瞬時性接地故障信號，找出一段時間內(nèi)瞬時性接地故障頻發(fā)的線路區(qū)段來，及時通過巡線發(fā)現(xiàn)并采取處理措施消除故障隱患，就可以避免永久故障的發(fā)生。

對于電纜線路來說，相比于測量局部放電量、絕緣層損耗角、直流電阻等目前常用的絕緣在線監(jiān)測方法，通過監(jiān)測瞬時性接地發(fā)現(xiàn)故障隱患，抗干擾能力強、準(zhǔn)確度高，值得深入研究。

6、配電網(wǎng)接地方式的選擇與發(fā)展趨勢

本文引言介紹的GB 50613—2010《城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》對配電網(wǎng)接地方式的規(guī)定，充分考慮了架空線路中瞬時性接地故障比例遠(yuǎn)高于電纜網(wǎng)絡(luò)以及電纜網(wǎng)絡(luò)電容電流大的特點，應(yīng)該作為選擇配電網(wǎng)接地方式所遵守的一個基本原則。

本著供電質(zhì)量為先的原則，架空網(wǎng)絡(luò)與架空電纜混合網(wǎng)絡(luò)要堅持采用小電流接地方式，特別要杜絕將已經(jīng)采用小電流接地方式的架空網(wǎng)絡(luò)與架空電纜混合網(wǎng)絡(luò)改為小電阻接地方式。改為小電阻接地方式后，配電線路的故障跳閘率明顯提高;在雷雨天氣里，線路頻繁跳閘，除造成停電次數(shù)劇增外，還為調(diào)度人員處理事故帶來了極大的壓力。我國東南某省的一個地區(qū)供電公司曾經(jīng)將其配電網(wǎng)由小電流接地方式改為小電阻接地，一段時間后，因為跳閘率明顯增加的原因，不得不改回為小電流接地方式。南方一沿海城市為解決故障跳閘率過高的問題，將一主要為架空線路供電的變電站中性點由小電阻接地改為諧振接地。

對于電纜網(wǎng)絡(luò)，在其電容電流小于150A時，要堅持采用諧振接地方式;即使電容電流大于150A，也應(yīng)盡量采用諧振接地方式。一方面，電纜網(wǎng)絡(luò)里也存在瞬時性接地故障，采用諧振接地可以避免這些故障造成突然的停電。廣州供電局在其電纜網(wǎng)絡(luò)里投入了自動重合閘，其實際重合成功率接近20%，說明瞬時性接地故障比例還是比較高的，采用諧振接地能夠減少故障停電次數(shù)。主張電纜網(wǎng)絡(luò)采用小電阻接地的另一個理由是：因為其電容電流比較大，消弧線圈的容量要求高，而且補償后的接地電流仍可能超過30A，難以達(dá)到滅弧的目的。事實上，目前消弧線圈的容量可以做的比較大，隨著自動調(diào)諧技術(shù)的進(jìn)步，完全可以將大電纜網(wǎng)絡(luò)的接地電流控制在10A以內(nèi)，使電弧能夠自行熄滅。在德國，單段母線消弧線圈提供的補償電流可達(dá)300A，說明即使電纜網(wǎng)絡(luò)的電容電流超過150A，也適合采用諧振接地。

目前，美國、英國、新加坡等國和中國香港的配電網(wǎng)一般采用直接接地或經(jīng)小電阻接地方式，德國、俄羅斯等歐洲大陸國家以及日本等國一般采用小電流接地方式。我國配電網(wǎng)多數(shù)采用小電流接地方式，一些沿海大城市的電纜網(wǎng)絡(luò)，采用經(jīng)小電阻接地方式。

近年來，隨著對供電質(zhì)量要求的提高以及消弧線圈自動調(diào)諧、故障選線與定位技術(shù)的發(fā)展，國際上有傾向于諧振接地方式的趨勢。例如，在20世紀(jì)90年代后期，法國電力公司(EDF)將小電阻接地方式改回為諧振接地，英國北方電力公司將其架空網(wǎng)絡(luò)由小電阻接地方式改造為諧振接地。意大利電力公司(ENEL)過去主要采用中性點不接地方式，2004年開始改造，目前已全部改為諧振接地。

近年來，人們開發(fā)出了有源接地技術(shù)，即采用基于電力電子器件的有源電流發(fā)生裝置，從中性點注入包括工頻無功分量、有功分量以及諧波分量的寬頻段電流，實現(xiàn)故障點接地電流全電氣量補償。由于這種有源電流發(fā)生裝置屬于一種柔性配電設(shè)備，又稱為柔性接地方式。這種技術(shù)可以提高單相接地故障的自愈水平，代表了配電網(wǎng)中性點接地技術(shù)的發(fā)展方向。

分布式電源接入給配電網(wǎng)的中性點接地方式提出了新問題。對于中性點在變電站一點直接接地或小電阻接地的配電網(wǎng)，其中的配電線路在因出線斷路器跳開脫離主系統(tǒng)后，將轉(zhuǎn)化為中性點不接地方式，如果這部分配電線路以計劃孤島或微電網(wǎng)的形式繼續(xù)運行，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓升高，會危害配電設(shè)備的安全;此外，配電線路上繼電保護(hù)裝置要能夠適應(yīng)大電流與小電流接地2種接地方式，其配置與整定也比較復(fù)雜。因此，有源配電網(wǎng)適合采用小電流接地方式，以避免中性點接地方式轉(zhuǎn)換帶來的問題。

7、結(jié)語

在選擇配電網(wǎng)中性點接地方式時，應(yīng)該將保證供電質(zhì)量放在首要位置上。與小電阻接地方式相比，小電流接地方式的優(yōu)點是發(fā)生瞬時性接地故障時電弧能夠自行熄滅，實現(xiàn)故障自愈，不會造成停電。多國的運行經(jīng)驗表明，采用小電流接地方式，線路故障引起的停電(包括短時停電)較小電阻接地方式能減少50%以上。

作者簡介

徐丙垠(1961—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為配電網(wǎng)自動化，智能電網(wǎng)故障自愈技術(shù)。

李天友(1963—)，男，博士，高級工程師，主要研究方向為配電網(wǎng)自動化，智能電網(wǎng)故障自愈技術(shù)。