铁路10 kV电网中性点接地方式的研究

铁路10 kV电网中性点接地方式的研究

随着铁路10 kV中压电网中性点不接地供电网系统的发展趋势不断扩大、电缆馈线回路不断增加、单相接地电容电流不断提升，合理选择并改造现有电网中性点接地方式对于电网安全可靠运行有着十分重要的作用。本文就主要对铁路中压电网的中性点接地方式进行了分析和探讨。

标签：铁路；10kV电网；中性点；可靠性

1、相关概述和特点

在整个铁路电力系统的构成中，10 kV中压电网是比较常见和常用的电网组成形式，并且绝大部分都采用中性点非接地方式然而在铁路供电可靠性，尤其是在高速铁路供电可靠性不断提高的今天，使得电力系统单相接地电容电流呈现出急剧增加的态势，极易使电网内简单的单相接地故障演变成严重的电力事故，从而打乱铁路运输秩序，造成严重的经济损失，甚至人员伤亡。

目前，电力系统中最为常见的中性点接地方式就是中性点有效接地系统以及中性点非有效接地系统。其中，中性点有效接地系统包含直接接地、经低电阻接地，因此也称之为大电流接地系统；中性点非有效接地系统包含不接地、经高电阻接地、经消弧线圈接地，因此也称之为小电流接地系统，其区别还是比较大的。

参阅我国的电气设备设计规范我们便可发现，在10kV电网中，一旦电容电流超过30A，其接地方式均严格要求为中性点经消弧线圈接地，除此之外，在电缆线路距离较大。电力系统的电容电流非常大的时候，也可采用电阻方式处理，但是中性点经消弧线圈接地方式依然是相对比较保险和安全的接地方式。

当前，世界各国对于以10 kV和35kV为典型代表的中压电网中性点接地方式的选择上都有各自的观点，并总结了不少的运行经验。我国工程界尤其是理论界在这方面的争论也相当激烈，尤其是在高速铁路运输不断发展的今天，铁路中压电网的改造问题引起人们的广泛关注，选择何种的接地方式更是一个需要慎重考虑的问题。其原因正如前文所述，电网中性点接地方式的不同会直接影响到电网自身的绝缘水平 电网本身的造价水平，并在很大程度上决定了电网的运行安全性 可靠性以及连续性问题，因此，确定一个合适的电网中性点接地方式是综合程度非常高 非常急迫的技术问题和经济问题。

2、中性点不同的接地方式与供电的可靠性

2.1 中性点经小电阻接地方式

在系统单相接地时，控制流接地点的电流在500 A 左右，也有的控制流在100 A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。

2.1.1 优缺点分析

其优缺点是：（1）当电力系统为单相接地，则其他的两相电压的升高幅度非常小甚至根本不会升高。因此，该接地方式对电力设备没有太高的绝缘要求，同时，也可以根据相电压来选择耐压水平。（2）零序过流保护通常具有非常好的灵敏度，接地时假若故障线路的流经电流相对较大时，中性点经小电阻接地方式非常容易接触接地线路，电力系统的可靠性得不到保证。（3）相间故障的发生率会有较大提升，这是因为，零序保护动作拒动或者动作不及时，较大的接地电流会严重损害接地点及其附近的绝缘保护（4）跳闸的次数大为增加，正常的用电需求常常得不到满足，供电的可靠性更是无从谈起。

2.1.2 注意事项

在当前情况下，10 kV出线大都采用电缆，由于电缆故障多为永久性故障，有的地方在一条电缆沟内并排敷设多回电缆，单相接地故障很容易发展成相间故障，导致事故的扩大，因此，一般情况下，以电缆出线为主的变电站应采用中性点接小电阻方式运行。对于以架空线为主的10kV电网，中性点接小电阻方式运行时会使系统的跳闸次数增加，尽管如此，对于环网供电而言，跳闸次数的增加对运行可靠性的影响并不显著，同时在保护上采用自动重合闸对消除非永久性接地故障有一定的作用。

除此之外，中性点经小电阻接地方式能够显著减小单相接地的弧光接地过电压，因此，电压互感器的谐振现象可以被完全消除，也能够有效控制非全相运行状态之下常出现的谐振过电压现象。在以上情况的综合作用之下，电网系统自身便在一个相对较低水平的电压上运行，此时，及时选用绝缘能力较低的电器设备也是比较安全可靠的，电网工程的投资也会因此降低，达到经济运行的目的。

2.2 中性点经消弧线圈接地方式

2.2.1 优缺点分析

（1）采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10 A 时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭 对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。 因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式。

（2）中性点经消弧线圈接地方式存在着以下问题：首先，当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路其次，因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝

的结构，必须在退出运行后才能调整，而且也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好地起到补偿作用，仍会出现弧光不能自灭及过电压问题。中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得了良好效果，现在正处在推广应用阶段。 目前，已经能够通过计算机进行实时的计算线路的电容电流，从而准确选择和合理配置消弧线圈的容量。

2.2.2 注意事项

在中性点经消弧线圈接地模式下，电力系统单相接地的时候在接地点流过的电容电流被流过消弧线圈的电感电流所替代，因此，在接地点流过的残余电流便会显著降低，最终能够让电弧自动熄灭。时，即使发生单相接地故障问题，也不会进一步发展成为相间短路故障，此时，电力系统的供电可靠性便会大幅度提高，而且对通信设备的影响也非常有限。通常情况下，对于以架空线为主要出线的变电站，在电容电流大于10A 的时候选择消弧线圈接地装置作为中性点接地方式，这样在能够补偿系统电容电流的同时，也可以发挥限制弧光接地过电压的作用。

3 结语

综上所述，我们知道，我国工程界和理论界在铁路10kV中压电网改造过程中，如何选择合适、可靠、安全的中性点接地方式也存在着诸多相异的地方。尽管如此，随着我国科技水平的不断提高以及在综合多年电网运行经验的基础上，铁路10kV中压电网中性点经消弧线圈接地中存在的种种技术难题都被攻克，而且许多技术由于其良好的成熟性和稳定性获得较广的应用，与此同时，先进的接地选线装置以及自动跟踪消弧线圈等设备已得到广泛应用，这些都为中性点经消弧线圈接地提供了可靠的技术保证和设备保证。笔者坚信，在不久的将来，我国铁路电网的供电可靠性必然有坚实的保障，能够有效维护铁路的运行安全。

参考文献

[1]黄福全.电力系统中性点接地方式的分析与比较[J].广东科技，

2009（14）

[2]郑孝东，胡兴志，黄文华.城市配电网中性点接地方式的选择[J].

电气技术，2009（7）

[3]赵冉，谭伟璞，杨以涵.配电网中性点接地方式分析[J].继电器，2007（4）

[4]唐懿华.10 kV 供电系统进线开关零序跳闸的分析[J].企业技术开发，2010（1）

[5]陈维江，蔡国雄，等.10 kV 配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式[J].电网技术，2004（24）