摘要：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要是技術(shù)問題，但也是經(jīng)濟(jì)問題。文章遵循電壓、電流互換特性這一基本理念，主要從問題的性質(zhì)、研究的目的、發(fā)展簡史、內(nèi)部過電壓、諧振接地方式的優(yōu)化、電纜網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)行特性與經(jīng)濟(jì)效益等方面，對中壓電網(wǎng)兩個(gè)有代表的中性點(diǎn)諧振接地方式與低電阻接地方式，進(jìn)行了分析和論證。同時(shí)指出，在選定方案的決策過程中，應(yīng)當(dāng)利用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，結(jié)合電網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。國內(nèi)外的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，諧振接地方式符合發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：中壓電網(wǎng)；內(nèi)部過電壓；自動(dòng)消弧線圈；微機(jī)接地保護(hù)；諧振接地；低電阻接地
0 序言
在20世紀(jì)80年代，我國有的地區(qū)從國外購買了低絕緣水平的電力電纜等設(shè)備，無法直接在我國的中壓電網(wǎng)投入運(yùn)行，為了進(jìn)行所謂的“國際接軌”，遂出現(xiàn)了引進(jìn)低電阻接地方式的意見。有的部門以為這是“新”技術(shù)，便開始試點(diǎn)和推廣；有的文獻(xiàn)還介紹說：“德國曾為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的發(fā)展源地，但在50～60年代前聯(lián)邦德國(還有其他國家)卻不再采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式”[1]；有的電力考察團(tuán)在所發(fā)表的報(bào)告中，介紹國外中壓電網(wǎng)采用的也是“低阻抗接地方式”[2]；有的觀點(diǎn)還認(rèn)為“在今后大規(guī)模城市電網(wǎng)改造的進(jìn)程中，這種‘小電阻接地方式’肯定會(huì)越來越多，是必然的發(fā)展趨勢”[3]；以及電纜網(wǎng)絡(luò)的電容電流很大，消弧線圈接地方式已不能適應(yīng)當(dāng)前中壓電網(wǎng)發(fā)展的需要，應(yīng)當(dāng)“因地制宜”、“因時(shí)制宜”地選擇中壓電網(wǎng)的接地方式[4]；等等。于是，國內(nèi)有些城市的中壓電網(wǎng)、特別是電纜網(wǎng)絡(luò)便改為“低電阻接地方式”運(yùn)行。
近20年來，中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，在我國一直是個(gè)熱點(diǎn)問題。隨著社會(huì)現(xiàn)代化的進(jìn)展，電網(wǎng)的負(fù)荷特性發(fā)生了變化，對過電壓更加敏感、對電能質(zhì)量要求更高；信息通道日漸擁擠、電磁兼容要求更嚴(yán)；生活條件得到改善、生命安全倍受珍視；同時(shí)，電纜線路不斷延伸、日益增大的電容電流危害嚴(yán)重；等等。如何正確處理中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式問題，更加引起業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。這樣，我們便重新面臨一個(gè)決擇，如何更好地把握中壓電網(wǎng)的單相接地故障電流，是限制還是提升？已成為值得認(rèn)真對待的一大問題。理論分析和實(shí)踐結(jié)果表明，只有限制單相接地故障電流的危害，方能滿足這些變化了的形勢要求。
就國際情況而言，不僅德國，而且奧地利、芬蘭、意大利、丹麥、比利時(shí)及斯堪地那維亞半島諸國、獨(dú)聯(lián)體及其周邊地區(qū)等許多國家，現(xiàn)在依然采用小電流接地（中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地）方式。特別值得一提的是，法國早在80年代末期決定將運(yùn)行了近30年的、中性點(diǎn)采用大電流接地方式的城鄉(xiāng)中壓電網(wǎng)，在全國范圍內(nèi)分階段地全部改為諧振接地方式運(yùn)行，現(xiàn)已基本完成；近來得知，英國也正在研究、考慮采用諧振接地方式等。這在相當(dāng)程度上反映出，將中壓電網(wǎng)的單相接地故障電流，由“大”改“小”的發(fā)展趨勢。近些年來，在幾屆國際供電會(huì)議（CIRED）上，一些國家相繼發(fā)表了許多研究諧振接地方式的論文，而有關(guān)低電阻接地方式的文章則極難見到，國際上對此問題的重視也反映出同一動(dòng)向。
我國中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式曾經(jīng)是多種多樣。由于小電流接地方式的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)，早在50年代便決定統(tǒng)一采用，并在幾十年中積累了許多成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。曾一度試用過低電阻接地方式的城市如深圳、珠海等，通過自己的實(shí)踐檢驗(yàn)，同時(shí)在新技術(shù)、新產(chǎn)品的支持下，幾年前便不再發(fā)展低電阻接地方式了。由于停電和人身事故的明顯增多，現(xiàn)在，珠海電力局決定將低電阻接地改回諧振接地方式運(yùn)行。
1 中性點(diǎn)接地方式的性質(zhì)、特點(diǎn)和研究目的
電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的技術(shù)問題，它與電力系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、過電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾和電磁環(huán)境，以及接地裝置等，有密切的關(guān)系。
電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要是技術(shù)問題，但也是經(jīng)濟(jì)問題。在選定方案的決策過程中，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、全面考慮，使系統(tǒng)具有更優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，避免因決策失誤而造成不良的后果。
電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是人們防止電力系統(tǒng)事故的一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，具有理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密切結(jié)合的特點(diǎn)，因而是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)。
遵循電壓、電流互換特性這一基本理念，選定不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，一般均可獲得比較滿意的結(jié)果。
研究電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的主要目的，在于正確認(rèn)識(shí)和處理系統(tǒng)中最常見的單相接地故障問題。在選定不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)（和發(fā)電機(jī)）的中性點(diǎn)接地方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)力求將單相接地故障時(shí)的不良后果限制到最低限度，同時(shí)使運(yùn)行費(fèi)用最低和效益投資比最高。簡言之，電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)系統(tǒng)工程問題。
2 中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展簡史
電力系統(tǒng)發(fā)展初期容量較小，人們認(rèn)為工頻電壓升高是絕緣故障的主要原因，同時(shí)，對電力設(shè)備耐受頻繁過電流沖擊的能力估計(jì)過高，所以，最初電力設(shè)備的中性點(diǎn)都采用直接接地方式運(yùn)行。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展與擴(kuò)大，單相接地故障增多，線路斷路器經(jīng)常跳閘，造成頻繁的停電事故，遂將直接接地方式改為不接地方式運(yùn)行。爾后，由于工業(yè)發(fā)展較快，使電力傳輸容量增大、距離延長，電壓等級(jí)升高，電力系統(tǒng)的延伸范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。在這種情況下發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的接地電弧不能自行熄滅，而且，因間歇電弧接地產(chǎn)生的過電壓往往又使事故擴(kuò)大，顯著降低了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
為了解決電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的這些問題，德國的彼得生（W.Petersen）教授在研究電弧接地過電壓的基礎(chǔ)上，于1916年和1917年先后提出了2種解決辦法，即中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈和經(jīng)電阻接地［5，6］，并且分別為世界上2個(gè)工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家所采用。德國為了避免對通信線路的干擾和保障鐵路信號(hào)的正確動(dòng)作，采用了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，自動(dòng)消除瞬間的單相接地故障；美國采用了中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)低電阻或低電抗接地方式，并配合快速繼電保護(hù)和開關(guān)裝置，瞬間跳開故障線路。這2種具有代表性的解決方法，對世界各國中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展，產(chǎn)生了很大的影響。
后來，在中壓電網(wǎng)的發(fā)展過程中，逐漸形成了兩類中性點(diǎn)接地方式，即小電流接地方式和大電流接地方式。前者包括中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈或經(jīng)高電阻接地；后者包括中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)低（中）電阻和低（中）電抗接地等。而單相接地電弧能否瞬間自行熄滅，是區(qū)分大、小電流接地方式的必要和充分條件。
在這兩類6種接地方式中，前者以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（諧振）接地為代表，后者以低電阻接地為代表。長期以來，兩者互有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在不同的國家和地區(qū)均有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。但是，隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多情況已經(jīng)發(fā)生了變化。利用當(dāng)代的微機(jī)、微電子先進(jìn)技術(shù)，伴隨著自動(dòng)消弧線圈和微機(jī)接地保護(hù)（或自動(dòng)選線裝置）的推廣應(yīng)用，諧振接地方式在保持原來優(yōu)點(diǎn)的條件下，克服了缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，運(yùn)行特性得到了顯著的提升，可以適應(yīng)當(dāng)代負(fù)荷特性變化的需要。而低電阻接地方式，雖然用不銹鋼電阻器取代了原來的鑄鐵材料、物理模擬的零序過電流保護(hù)也換成了微機(jī)接地保護(hù)，但在技術(shù)內(nèi)涵方面，多少年來沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步；而且在快速清除接地故障問題上，還遇到了新的挑戰(zhàn)，運(yùn)行特性進(jìn)一步下降，對人身和設(shè)備安全等的威脅較前增大。這樣，兩者之間的性能投資比差距也就越來越大了。
3 中性點(diǎn)接地方式與電壓電流互換特性
對于諧振接地方式來說，因?yàn)橄【€圈對電網(wǎng)的接地電容電流進(jìn)行了補(bǔ)償，使單相接地電弧瞬間自行熄滅，由此給電網(wǎng)帶來了比較優(yōu)良的運(yùn)行特性。諸如供電可靠性高、人身和設(shè)備安全性好、電磁兼容性強(qiáng)等?？墒牵朔N接地方式在過去也有2個(gè)缺點(diǎn)：一是消弧線圈需要人工調(diào)諧，比較麻煩和不便；二是繼電保護(hù)的選擇性長期存在困難。這在一定程度上限制了它在一些國家和地區(qū)中壓電網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展。
當(dāng)繼電保護(hù)的選擇性問題尚未解決時(shí)，諧振接地系統(tǒng)也曾借助串聯(lián)或并聯(lián)電阻，瞬間增大接地故障電流來檢出并清除除故障線路。而且，至今在德國、瑞典和我國的一些中壓電網(wǎng)中，仍在繼續(xù)應(yīng)用。不過，現(xiàn)在看來此法是落后的。
而低電阻接地方式則與諧振接地大不相同。由于中性點(diǎn)低值電阻器的存在，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在電網(wǎng)的電容電流中又附加了一個(gè)有功分量，顯著增大了故障點(diǎn)的接地電流，由此對電網(wǎng)的運(yùn)行特性帶來了不少的負(fù)面影響。不過，利用簡單的零序過電流保護(hù)，可以有選擇性地跳開故障線路，這曾經(jīng)是此種接地方式的一大優(yōu)點(diǎn)。所以，以上2種有代表性的接地方式，在世界上曾長期并存發(fā)展。
隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，低電阻接地方式的缺點(diǎn)更加明顯。許多先進(jìn)國家已經(jīng)注意到這個(gè)現(xiàn)實(shí)，并對單相接地故障電流進(jìn)行了限制。除上面提到的一些國家外，美國IEEE143標(biāo)準(zhǔn)也曾明確規(guī)定，在15kV及以下的低電阻接地方式電網(wǎng)中，對工業(yè)設(shè)施的接地故障電流限制為400A；日本東京電力設(shè)計(jì)公司和東京電力公司，于1990年在“上海市區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則”中，也曾推薦“中”電阻接地方式，一般單相接地故障電流不大于200A。顯然，其主要目的是為了限制大接地故障電流的危害性。當(dāng)前我國有些城網(wǎng)的作法則與其不同，由原來的“小”電流接地，改為“大”電流接地方式，其單相接地故障電流均大于400A，有的甚至提升到1000～2000A。
理論分析和實(shí)踐結(jié)果證明，遵照“電壓與電流互換特性”的基本理念選定電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式，一般可以獲得相當(dāng)滿意的結(jié)果。這已成為國內(nèi)外廣大業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)［7］。對于高壓、超高壓、特高壓的電網(wǎng)而言，主要問題是限制內(nèi)部過電壓，只要能夠降低一定的絕緣水平，就會(huì)帶來十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益，特別是超高壓和特高壓電網(wǎng)；對于中壓電網(wǎng)來說，主要是限制大接地故障電流的危害性問題，因?yàn)榻档徒^緣水平的經(jīng)濟(jì)效益甚微，并且，現(xiàn)代負(fù)荷對該故障電流的效應(yīng)具有敏感性。
不過，目前有人對中壓電網(wǎng)的內(nèi)部過電壓尚存疑慮，也有人考慮要便于將來升壓運(yùn)行等，所以，討論內(nèi)部過電和絕緣水平問題是必要的。
4 中壓電網(wǎng)的內(nèi)部過電壓和絕緣水平
中壓電網(wǎng)的絕緣配合主要是由大氣過電壓所決定，內(nèi)部過電壓不起主導(dǎo)作用。而且正常情況下的內(nèi)部過電壓，一般是不危險(xiǎn)的。至于帶單相接地故障切斷空載線路時(shí)的過電壓，實(shí)際上也早已不成問題了。同時(shí)對中壓電網(wǎng)來說，中性點(diǎn)接地方式對絕緣水平的影響很小。至于降低絕緣水平所節(jié)省的投資，其與由此所增加的事故損失等相比，兩者是甚難相抵的。
4.1 內(nèi)部過電壓
中壓電網(wǎng)中的內(nèi)部過電壓，主要為電弧接地過電壓和諧振過電壓，其幅值與中性點(diǎn)接地方式關(guān)系密切。但是，只有在中性點(diǎn)不接地的中壓電網(wǎng)中，過電壓的幅值才會(huì)相對較高，當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻或消弧線圈接地時(shí)，內(nèi)部過電壓均會(huì)受到明顯的抑制。因此，在討論有關(guān)內(nèi)部過電壓的問題時(shí)，不能把諧振接地和不接地方式混為一談。
4.1.1 電弧接地過電壓
美國曾經(jīng)在30年代利用暫態(tài)分析儀進(jìn)行過模擬試驗(yàn)，認(rèn)為電弧接地過電壓可高達(dá)5～6p.u.。這一結(jié)果產(chǎn)生了廣泛和長期的影響，致使人們對此種過電壓的危害估計(jì)過高。近來，日本東京電力公司在為我國設(shè)計(jì)電廠的任務(wù)書中，仍然采用這一數(shù)據(jù)；美國專門制造電阻器的PGR公司，當(dāng)前也依然如此。在我國的一些事故分析報(bào)告中，無論是過去或現(xiàn)在，也曾多次將原因歸結(jié)為高倍數(shù)的內(nèi)部過電壓。其實(shí)是沒有找到真正的原因，所以類似的事故才重復(fù)發(fā)生。國內(nèi)有的模擬試驗(yàn)甚至還提供8.5p.u.的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，這些結(jié)果都是不正確的。
關(guān)于電弧接地過電壓問題，在50年代后期從理論到實(shí)踐已臻完善。根據(jù)1917年彼得生的“高頻電流過零熄弧理論”和1923年彼得和斯列賓的“工頻電流過零熄弧理論”，最高的電弧接地過電壓為3.5p.u.；根據(jù)1957年別列柯夫的理論，只要熄弧峰壓低于介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度，接地電弧便可自動(dòng)熄滅，最高的過電壓僅為3.2p.u.［7］。
此種過電壓可分為瞬間、間歇和穩(wěn)定等3種情況。穩(wěn)定電弧接地過電壓系接地電弧在短間隙中穩(wěn)定燃燒引起的。它和前2種不同的是作用時(shí)間長，可達(dá)數(shù)十分鐘及以上。
根據(jù)國內(nèi)外長期自動(dòng)記錄和實(shí)測的結(jié)果，中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的電弧接地過電壓，包括間歇接地在內(nèi)，最高的過電壓為3.4p.u.，而峰值的持續(xù)時(shí)間小于2ms 。同時(shí)，超過3.0p.u.過電壓的概率僅為2%～4%，而超過2.0p.u.過電壓的概率卻為64%。
中性點(diǎn)采用諧振接地方式的目的，主要是讓接地電弧瞬間熄滅，限制電弧的重燃，自然過電壓也會(huì)遂之降低。過去，人工調(diào)諧的消弧線圈，一般可將此種過電壓限制到2.8p.u.；現(xiàn)在，采用的自動(dòng)消弧線圈，一般可將其值限制到2.5p.u.，同時(shí)長期的自動(dòng)記錄結(jié)果顯示，超過2.0p.u.過電壓的概率僅為5%。
這里順便指出，在我國和前蘇聯(lián)出版的《過是壓保護(hù)規(guī)程》中，都有“瞬間熄弧時(shí)過電壓為2.3p.u.”的規(guī)定，而在最近出版的DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)中，卻被刪除了。
中性點(diǎn)采用低電阻接地方式的理論基礎(chǔ)，同樣是限制電弧接地過電壓。根據(jù)國內(nèi)外長期的自動(dòng)記錄和實(shí)測結(jié)果，最高的過電壓為2.5p.u.，但超過2.0p.u.過電壓的概率為34%［7，8］。
此外，當(dāng)判斷電弧接地過電壓的危害性時(shí)，除了考慮其倍數(shù)或幅值外，還必須同時(shí)考慮其出現(xiàn)的概率和持續(xù)作用的時(shí)間。當(dāng)代的中壓電網(wǎng)相間電容較前顯著增大，所以電弧接地過電壓就不危險(xiǎn)了。
4.1.2 諧振過電壓
中壓電網(wǎng)諧振過電壓的突出特點(diǎn)是中性點(diǎn)出現(xiàn)位移。顯然，這與中性點(diǎn)的接地方式密切有關(guān)。當(dāng)討論諧振過電壓問題時(shí)，依然不能把諧振接地混同于不接地方式，兩者之間是有明顯區(qū)別的。
電壓互感器鐵心飽和、配電變壓器高壓繞組接地和利用電壓互感器定相等引起的諧振過電壓，同樣多發(fā)生在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)。當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，則可根除前一種諧振過電壓，而對后2種諧振過電壓，也可得到有力的限制。關(guān)于斷線諧振過電壓問題，只要消弧線圈過補(bǔ)償運(yùn)行，即可將其限制到對絕緣無害的程度。
（1）電壓互感器鐵心飽和過電壓。在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，當(dāng)三相的對地電容與電感相互匹配時(shí)，因電壓突變便可激發(fā)起此種諧振過電壓，其諧振頻率可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換，過電壓也可自動(dòng)消失，所以又稱為中性點(diǎn)不穩(wěn)定過電壓。此種諧振過電壓在國內(nèi)外的電力系統(tǒng)中均曾頻繁產(chǎn)生，可使母線和主變壓器的絕緣閃絡(luò)，高壓熔斷器熔斷，以及電壓互感器燒毀等，是電力設(shè)備絕緣損壞的主要原因之一。投入空母線時(shí)的高次諧波諧振過電壓，一般幅值較高，往往會(huì)引起絕緣閃絡(luò)；運(yùn)行中出現(xiàn)的基波或低分次諧波諧振過電壓，一般幅值為2～3p.u.，作用時(shí)間可達(dá)數(shù)分鐘及以上，待高壓熔斷器熔斷或電壓互感器燒毀后，電網(wǎng)的電壓即恢復(fù)正常。
限制此種過電壓的措施很多，例如，改善電壓互感器的伏安特性，附加一臺(tái)單相互感器，裝設(shè)消諧器以及將中性點(diǎn)臨時(shí)接地等。實(shí)際上，只要采用諧振接地方式，即可根除此種過電壓。
（2）配電變壓器高壓繞組接地諧振過電壓。運(yùn)行在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的三相配電變壓器，當(dāng)高壓繞組因匝間短路引起接地時(shí)，不論高壓熔斷器是否熔斷，均可產(chǎn)生諧振過電壓。
根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，當(dāng)接地相的高壓熔斷器熔斷時(shí)，過電壓可達(dá)3.13～3.36p.u.，時(shí)間一般小于2s。在高壓熔斷器未熔斷的情況下，高壓繞組一點(diǎn)接地時(shí)，過電壓為1.38p.u.；異相兩點(diǎn)接地時(shí)，為2.73p.u.，其作用時(shí)間可達(dá)數(shù)分鐘、或數(shù)十分鐘以上，直到故障配電變壓器脫離電網(wǎng)為止。當(dāng)2臺(tái)配電變壓器同相各一點(diǎn)接地時(shí)，過電壓可達(dá)3.50～4.06p.u.，由于這種重復(fù)故障極少可能發(fā)生，故可忽略不計(jì)。為了有效地限制此種諧振過電壓，只要改變電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式即可。
（3）電壓互感器定相諧振過電壓。此種過電壓系由電壓互感器的電感與電網(wǎng)的三相對地電容構(gòu)成串聯(lián)諧振回路引起的，穩(wěn)態(tài)幅值可能超過5.0p.u.，曾經(jīng)由此引起過一些地區(qū)全部停電的嚴(yán)重事故。利用“電阻定相桿”進(jìn)行定相，則可以防止此種過電壓；而改變中性點(diǎn)接地方式，也可限制此種諧振過電壓。
此外，除上面介紹的幾種諧振過電壓外，其他諧振過電壓很少發(fā)生，這里就不再討論了。
當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，便可根除4.1.2節(jié)中之（1）的諧振過電壓。對其中之（2）和（3）兩種過電壓，則可以限制到無害的程度。
（4）斷線諧振過電壓。所謂的斷線諧振過電壓，只是在單側(cè)電源供電、一相全部斷開的條件下，方比較危險(xiǎn)。但此種情況是極少可能發(fā)生的。即使如此，只要讓消弧線圈過補(bǔ)償運(yùn)行，便可將其限制到對絕緣無害的程度。在當(dāng)前廣泛采用自動(dòng)消弧線圈的情況下，若不是遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)運(yùn)行，就是具有限壓電阻，所以，此種過電壓同樣無害［7，9］。
中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的電網(wǎng)，上述的諧振過電壓均較難產(chǎn)生。萬一出現(xiàn)，幅值也比較低，一般不會(huì)有什么危險(xiǎn)。
4.1.3 單相接地故障時(shí)切斷空載線路過電壓
根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)測結(jié)果，切斷空載線路時(shí)的過電壓，與電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式?jīng)]有直接關(guān)系。在一般情況下，最高為3.0p.u.左右。照此估計(jì)，在電網(wǎng)帶單相接地故障的情況下切斷空載線路時(shí)，過電壓有可能達(dá)到5.0p.u.左右。例如，有的運(yùn)行部門利用這一操作方式測量66kV線路的電容電流時(shí)，曾經(jīng)造成6只PBC-60型閥型避雷器損壞；在測量35kV線路的電容電流時(shí)，也曾發(fā)生閥型避雷器動(dòng)作現(xiàn)象［10］ 。但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在10kV及以下的電網(wǎng)中，上述情況從未發(fā)生。
運(yùn)行中的小電流接地系統(tǒng)，在檢出并清除單相永久性接地故障時(shí)，斷開帶有負(fù)荷的線路，過電壓沒有危險(xiǎn)，只有切除熱備用狀態(tài)下的空載線路時(shí)才會(huì)遇到上述情況。以前的中壓斷路器性能一般較差，斷路器重燃次數(shù)較多，加上工頻電壓的升高，在上述的操作過程中，過電壓的倍數(shù)顯著增大。雖然出現(xiàn)這一操作的機(jī)會(huì)甚少，但也必須給予足夠的重視。
根據(jù)安全運(yùn)行要求，結(jié)合制造經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，西安高壓開關(guān)廠過去研制的DW-35（20、31.5kA）2種帶并聯(lián)電阻的斷路器，陜西省電力部門曾經(jīng)于1986年6月進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)全部是在人工接地的條件下進(jìn)行的。單合3s后再以分—0.5s—合分的操作循環(huán)，切合25、50km的空載線路124相次，斷路器均未發(fā)生重燃現(xiàn)象；母線或線路上的最高過電壓均是在線路重合時(shí)發(fā)生的，其值一般不超過3.0p.u.；當(dāng)斷路器帶有非線性電阻時(shí)，母線或線路上各出現(xiàn)一次3.4p.u.的過電壓；當(dāng)帶線性并聯(lián)電阻時(shí)，其最大值分別為3.2及2.59p.u.。關(guān)于安裝在母線上的磁吹避雷器動(dòng)作情況，當(dāng)時(shí)未能確證。
此外，根據(jù)原水電部和機(jī)械部的要求，湖南省電力有關(guān)部門也曾于1986年10～11月對8個(gè)制造廠家的6種35kV的DW、SW、SN-35型的斷路器，分別在電網(wǎng)正常運(yùn)行和人工接地的條件下，以分—0.5s—合分的操作循環(huán)，進(jìn)行了切合25、50km空載線路的現(xiàn)場試驗(yàn)。結(jié)果表明，斷路器無一不發(fā)生重燃現(xiàn)象，且重燃率一般均在20%以上。由于重燃次數(shù)較多，母線或線路上便產(chǎn)生了較高的過電壓，正常情況或人工接地時(shí)，其最大值分別為4.1p.u.與4.9p.u.；安裝在主變壓器出口的閥型避雷器動(dòng)作達(dá)32相次以上，甚至一次操作有兩相避雷器動(dòng)作。經(jīng)研究與改進(jìn)后，斷路器加裝了并聯(lián)電阻或壓油活塞，上述單位于1987年6月再次進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，除上述6種被試品外，又增加了2種?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，并聯(lián)電阻較壓油活塞為優(yōu)；加裝非線性電阻后，閥型避雷器未再發(fā)生動(dòng)作。
這里需要指出，對于雙端電源供電的線路，在電網(wǎng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，當(dāng)一端的斷路器先行斷開后，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。不過這種情況不僅比較稀少，而且，現(xiàn)在的斷路器性能與過去不同，同時(shí)也可利用MOA進(jìn)行有效的保護(hù)。上述情況清楚地說明，在電網(wǎng)存在單相接地故障的情況下，斷開空載線路的過電壓問題，早在80年代中期已經(jīng)獲得了解決。而且，隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，SF6和真空斷路器和無間隙氧化鋅避雷器的推廣應(yīng)用，條件就變得更為有利了。因此，文獻(xiàn)［11］中的顧慮是沒有必要的。
4.1 絕緣水平問題
過電壓問題解決了，絕緣水平問題自然也就清楚了。至于有的城市懷疑具有正常絕緣水平的電纜，耐受不了高倍數(shù)的電弧接地過電壓。實(shí)際上，這一顧慮是完全多余的。
根據(jù)IEC71-1、2、3出版物公布的絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，不論是根據(jù)歐洲大多數(shù)國家，還是依據(jù)美國、加拿大等國的現(xiàn)行經(jīng)驗(yàn)，所制定的52kV以下的標(biāo)準(zhǔn)絕緣水平（系列Ⅰ、系列Ⅱ），均包括中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)小于消弧線圈阻抗接地和消弧線圈接地方式。而且，其中還特別指明，當(dāng)采用系列Ⅰ中的欄1或欄2時(shí)，應(yīng)考慮中性點(diǎn)接地方式和所用過電壓保護(hù)裝置的類型。這充分說明，對于中壓電網(wǎng)來說，中性點(diǎn)接地方式對絕緣水平的影響不大，而過電壓保護(hù)方式卻需要適當(dāng)選擇。
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)中的事故以中壓電網(wǎng)的絕緣事故為最多。為了推廣低電阻接地方式而降地絕緣水平，顯然是不明智的。而現(xiàn)在運(yùn)行中的小電流系統(tǒng)的電力設(shè)備，絕緣水平是有適當(dāng)提高，其主要目的是為了防止污閃事故，減少運(yùn)行維護(hù)的工作量。而打算利用這一絕緣裕度，配合低電阻接地方式進(jìn)行10kV電網(wǎng)的升壓，顯然是不可取的。
5 諧振接地方式的優(yōu)化
在當(dāng)今新技術(shù)的支持下，諧振接地方式實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。其主要內(nèi)容包括自動(dòng)消弧線圈和微機(jī)接地保護(hù)（或自動(dòng)選線裝置），現(xiàn)簡要論述如下。
5.1 自動(dòng)消弧線圈自動(dòng)消弧線圈
與人工調(diào)諧的消弧線圈相比，具有顯著的優(yōu)越性，不僅可以避免人工調(diào)諧的諸多麻煩，而且在調(diào)諧過程中不會(huì)使電網(wǎng)的部分或全部失去補(bǔ)償，同時(shí)，由于提高了調(diào)諧的精度，可以更有力地限制電弧接地過電壓的危害等。
自動(dòng)消弧線圈一般由驅(qū)動(dòng)式消弧線圈和自動(dòng)測控系統(tǒng)構(gòu)成，這樣方能完成電網(wǎng)電容電流的跟蹤測量和跟蹤補(bǔ)償，使單相瞬間接地故障自動(dòng)消除，為單相永久接地故障的檢出并清除創(chuàng)造有利的條件。
根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，可將自動(dòng)消弧線圈分為“預(yù)調(diào)式”和“隨調(diào)式”兩大類。
5.1.1 預(yù)調(diào)式自動(dòng)消弧線圈
預(yù)調(diào)式的自動(dòng)消弧線圈是在電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下，也即發(fā)生單相接地故障之前，根據(jù)跟蹤測量電容電流的結(jié)果，預(yù)先自動(dòng)將消弧線圈調(diào)諧到合理的補(bǔ)償位置。由于調(diào)諧的時(shí)間允許較長，一般可由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。此類自動(dòng)消弧線圈主要有調(diào)匝式、動(dòng)鐵式和動(dòng)圈式等。
5.1.2 隨調(diào)式自動(dòng)消弧線圈
隨調(diào)式的自動(dòng)消弧線圈是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障之后，隨之迅即自動(dòng)將消弧線圈調(diào)諧到合理的補(bǔ)償位置。因響應(yīng)時(shí)間要求甚短，故只能由電氣調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)。此類自動(dòng)消弧線圈主要有調(diào)容式、調(diào)感式、磁閥式和直流助磁式等。
5.1.3 應(yīng)用情況及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
我國生產(chǎn)的自動(dòng)消弧線圈，品種較多，各具特色，現(xiàn)有2500余臺(tái)投入中壓電網(wǎng)運(yùn)行。實(shí)踐結(jié)果表明，可以滿足運(yùn)行要求。
90年代初期，我國開始生產(chǎn)自動(dòng)消弧線圈，主要型式為多級(jí)細(xì)調(diào)的調(diào)匝式，目前在電網(wǎng)中占有較大的比例，運(yùn)行情況基本良好。只有個(gè)別廠家的早期產(chǎn)品，在動(dòng)作過程中曾出現(xiàn)噴油、冒煙等過熱現(xiàn)象，很快便進(jìn)行了糾正。有的產(chǎn)品在運(yùn)行中也曾出現(xiàn)死機(jī)、調(diào)節(jié)過頻或失靈等情況。這些問題發(fā)現(xiàn)后，廠家也很快進(jìn)行了改進(jìn)。后來一些廠家生產(chǎn)的可變氣隙的動(dòng)鐵式、磁閥式和直流助磁式等連續(xù)調(diào)節(jié)的自動(dòng)消弧線圈，調(diào)諧精度顯著提高。
近年來生產(chǎn)的調(diào)容式或調(diào)感式自動(dòng)消弧線圈，不僅調(diào)諧精度高，而且補(bǔ)償電流的調(diào)節(jié)范圍寬（0～100%），對新建的和建成的、大小不同的補(bǔ)償電網(wǎng)均適用。這些自動(dòng)消弧線圈的響應(yīng)速度快、調(diào)諧精度高，可以單臺(tái)運(yùn)行，也可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。
自動(dòng)消弧線圈在前蘇聯(lián)、日本、德國、法國、羅馬尼亞、奧地利、芬蘭和斯堪地那維亞半島諸國等的中壓電網(wǎng)中，先后都有應(yīng)用，效果同樣良好。
為了使自動(dòng)消弧線圈能夠正常發(fā)揮它的功能，關(guān)于自動(dòng)測控系統(tǒng)、本體及附件等性能的具體要求，可參見文獻(xiàn)［7］。當(dāng)然，性能投資比也是不可忽視的。
這里順便指出，最近哈佛萊公司研制成功的、由注入電流構(gòu)成的、寬帶接地故障電流補(bǔ)償裝置，能夠同時(shí)補(bǔ)償有功電流和高次諧波電流，使殘余電流幾乎為零，可滿足特殊情況的需要，如確保安全與防止火災(zāi)等。
5.2 微機(jī)接地保護(hù)
補(bǔ)償電網(wǎng)的繼電保護(hù)選擇性是國際上長期存在的技術(shù)難題，只是在微機(jī)接地保護(hù)步入實(shí)用之后，這一問題方獲解決。
5.2.1 繼電保護(hù)領(lǐng)域的革命
微機(jī)保護(hù)是繼電保護(hù)領(lǐng)域的一次革命，其原理與過去的物理模擬截然不同，它建立在運(yùn)算的基礎(chǔ)上，從原則上講，凡是能對故障參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的保護(hù)，均可付諸實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代的微機(jī)接地保護(hù)或自動(dòng)選線裝置，放棄了以往電流、電壓“絕對定值”的概念，利用它們之間的“相對相位”和“參量比幅”等關(guān)系，再加上“重復(fù)判斷”和“綜合判斷”等措施，在不增大接地故障電流的條件下，可實(shí)現(xiàn)對故障線路的選擇性。
微機(jī)接地保護(hù)可以作用于信號(hào)，或動(dòng)作于跳閘。目前，為了充分利用諧振接地方式的靈活性，在一般情況下常常選擇手動(dòng)跳閘，當(dāng)然也可視具體情況而定。在國外電力系統(tǒng)中，這2種方式均有應(yīng)用。而國內(nèi)的情況是絕大部分作用于信號(hào)；少部分動(dòng)作于跳閘，跳閘可瞬間或延時(shí)自動(dòng)，也可延時(shí)手動(dòng)。為了慎重起見，最好待積累一定的成功經(jīng)驗(yàn)后，再根據(jù)需要自由選擇。
5.2.2 微機(jī)接地保護(hù)的判據(jù)
根據(jù)國內(nèi)外的理論研究和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，微機(jī)接地保護(hù)的選擇性和可靠性，可以根據(jù)以下幾項(xiàng)條件進(jìn)行判斷[7]：
(1)所有使用原始技術(shù)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法，均不能完全滿足繼電保護(hù)裝置的啟動(dòng)和選擇性的要求，而慎重改變故障量值的一些方法，則較為可靠；
(2)各種保護(hù)裝置的動(dòng)作成功率，都隨接地故障電阻的增大而降低，當(dāng)故障電阻超過1kΩ時(shí)，傳統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性便急劇降低；
(3)通過適當(dāng)變動(dòng)失諧度而改變零序電流(殘余電流)的方法，可以很好地滿足保護(hù)裝置的啟動(dòng)條件；
(4)只有數(shù)字式方法，才能利用原始的技術(shù)數(shù)據(jù)測得很高阻值的接地故障、方向及距離等。
上述研究結(jié)果表明，利用當(dāng)代的微機(jī)、微電子技術(shù)，這一技術(shù)難題可以得到解決。
5.2.3 微機(jī)接地保護(hù)的發(fā)展與應(yīng)用
目前，在國內(nèi)外中壓電網(wǎng)中采用的微機(jī)接地保護(hù)，其原理計(jì)有十幾種。總體說來，小電流接地系統(tǒng)的繼電保護(hù)選擇性，已經(jīng)獲得了較好的解決[7]。
在多種的型式中，除注入電流信號(hào)的微機(jī)接地保護(hù)外，其余的保護(hù)都要用到電網(wǎng)在故障時(shí)的一些參數(shù)作為啟動(dòng)條件。有功電流、負(fù)序電流和諧波電流等3種接地保護(hù)，主要是依靠檢測相關(guān)電流的絕對值進(jìn)行判斷，當(dāng)故障線路對應(yīng)的相關(guān)電流值不是最大時(shí)，還需要增加相位等參數(shù)作為輔助措施。而有功電流、功率方向和暫態(tài)電流等3種接地保護(hù)，主要是通過對所檢測的相位，進(jìn)行比較以判別故障線路等。
以上多種型式的微機(jī)接地保護(hù)，均已先后在國內(nèi)外的中壓電網(wǎng)投入運(yùn)行。實(shí)踐結(jié)果表明，部分產(chǎn)品對故障線路的判斷不是唯一的，雖然只能作用于選線信號(hào)，但卻明顯地縮小了故障范圍，這對運(yùn)行人員處理故障是很有幫助的。而出現(xiàn)非唯一判定的原因，主要為諧波污染、干擾影響和制造質(zhì)量等，需要針對問題進(jìn)行改進(jìn)。
但是，借助檢測相對值，即比較有關(guān)參數(shù)的變化量值來檢測故障線路的一些產(chǎn)品，例如，參數(shù)增量和零序?qū)Ъ{等微機(jī)接地保護(hù)，能夠較好地滿足選擇性和可靠性的要求。
此外，還有利用EMTP中ATP程序構(gòu)成的微機(jī)接地保護(hù)、小波原理微機(jī)接地保護(hù)，以及最近的“臨時(shí)相間短路”等微機(jī)接地保護(hù)，尚待積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
這里只準(zhǔn)備介紹3種比較成熟的微機(jī)接地保護(hù)，即參數(shù)增量微機(jī)接地保護(hù)、零序?qū)Ъ{微機(jī)接地保護(hù)和暫態(tài)電流微機(jī)接地保護(hù)等。
5.2.4 參數(shù)增量微機(jī)接地保護(hù)
利用參數(shù)增量原理構(gòu)成的不同微機(jī)接地保護(hù)，主要用于檢出永久性的單相接地故障；而暫態(tài)微機(jī)接地保護(hù)，則可檢出瞬間和永久性的單相接地故障。
參數(shù)增量微機(jī)接地保護(hù)的原理十分簡明。在電網(wǎng)發(fā)生單相永久性接地故障期間，如果適當(dāng)?shù)刈儎?dòng)消弧線圈的失諧度，則只有故障線路的零序電流（殘余電流）或零序阻抗會(huì)出現(xiàn)增量。利用微機(jī)計(jì)算速度快、綜合分析和判斷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在改變失諧度的前、后，實(shí)時(shí)采集和同步記錄、集中處理和分析對比各條饋線的零序電流或零序阻抗，其中出現(xiàn)增量的饋線，便是所要檢出的故障線路。
這里應(yīng)當(dāng)指出，目前值得關(guān)注的問題是檢出單相永久性接地故障的可靠性。這個(gè)問題解決了，基本目的就達(dá)到了。由于諧振接地系統(tǒng)中的瞬間單相接地故障，能夠很快地自行消除，所以能否檢出就顯得不那么重要了。這些故障存在的時(shí)間，一般僅為幾個(gè)毫秒到幾十個(gè)毫秒，在此期間內(nèi)大幅度地增大失諧度，乃至改變它的正、負(fù)符號(hào)，不僅無濟(jì)于事，甚至還會(huì)產(chǎn)生不良后果，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
參數(shù)增量微機(jī)接地保護(hù)的特點(diǎn)是：①準(zhǔn)確度高。增量只產(chǎn)生于故障線路中，具有唯一性；②計(jì)算方便。只須對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行簡單的運(yùn)算，無需EMTP程序和傅立葉快速轉(zhuǎn)換；③靈敏度高。不用絕對值作判據(jù)，而用相對值，即有關(guān)參數(shù)的增量；④可靠性高。避免了電流互感器和測量回路的誤差、背景干擾、脈沖干擾，以及電壓和頻率波動(dòng)的影響；⑤通過對零序阻抗的檢測，可以增加保護(hù)的故障定位和測距功能，為開展配電系統(tǒng)的故障管理工作創(chuàng)造有利的條件。
參數(shù)增量微機(jī)接地保護(hù)是與調(diào)容式自動(dòng)消弧線圈一同誕生的，由此構(gòu)成的“二合一”成套裝置，采用雙CPU控制，互為備用，能夠記錄并儲(chǔ)存多種信息，對于迅速消除單相瞬間接地故障和準(zhǔn)確檢出單相永久性接地故障，條件十分有利。同時(shí)，由于它系穩(wěn)態(tài)采樣，不僅可以避免脈沖等干擾的影響，并且能夠進(jìn)行重復(fù)計(jì)算和重復(fù)判斷，故準(zhǔn)確度高，效果良好。該成套裝置可以單臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行，也可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。自問世以來，在不到半年的時(shí)間內(nèi)，便有多套裝置投入我國的中壓電網(wǎng)運(yùn)行，效果良好。
現(xiàn)在，調(diào)感式和調(diào)匝式等自動(dòng)消弧線圈，也多改用此種原理構(gòu)成的微機(jī)接地保護(hù)裝置。
5.2.5 零序?qū)Ъ{微機(jī)接地保護(hù)
零序?qū)Ъ{微機(jī)接地保護(hù)是奧地利首先研究開發(fā)的。法國電力公司（EDF）利用了一種新的求值方法，測量電網(wǎng)故障前后線路零序?qū)Ъ{的變化，可以檢出諧振接地電網(wǎng)中的單相接地故障。
假定在諧振接地電網(wǎng)中有數(shù)條饋線，根據(jù)該電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的零序回路，利用消弧線圈適當(dāng)?shù)氖еC狀況和位移電壓的相應(yīng)改變，便可將每條饋線的零序阻抗的不對稱分量，即對地導(dǎo)納和導(dǎo)納系數(shù)計(jì)算出來。如果所有的零序?qū)Ъ{系數(shù)都不超過健全電網(wǎng)限定的允許值，它就被儲(chǔ)存起來，作為相應(yīng)饋線的參考值。當(dāng)任何一條饋線發(fā)生單相接地故障時(shí)，就相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)附加的不對稱電源，這樣，就會(huì)導(dǎo)致零序電壓和饋線零序電流的總和發(fā)生變化。此時(shí)，同樣可以計(jì)算出各條饋線的對地導(dǎo)納系數(shù)，比較接地故障前后饋線零序?qū)Ъ{系數(shù)的變化，借此便可檢出發(fā)生接地故障的饋線。此種微機(jī)接地保護(hù)也可免除測量回路和電流互感器的誤差，故其靈敏度很高，可以檢出100kΩ的高阻接地故障。此外，EDF利用比較接地故障電流中有功分量的大小和方向，也可檢測出50kΩ的高阻接地故障。
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在架空線路和電纜網(wǎng)絡(luò)中，高阻接地故障均時(shí)有發(fā)生。根據(jù)EDF的統(tǒng)計(jì)，在中壓電網(wǎng)中大約有12%的單相接地故障，其阻值高于4kΩ，最高可達(dá)100kΩ。
波蘭為了檢測高阻接地或電弧接地故障，近些年來也進(jìn)行了這方面的研究。新的接地保護(hù)裝置利用零序?qū)Ъ{或電導(dǎo)與電納2個(gè)分量，作為測量值和啟動(dòng)值。零序?qū)Ъ{接地保護(hù)可采用一個(gè)判據(jù)，也可采用2個(gè)判據(jù)。在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，由導(dǎo)納絕對值和電導(dǎo)2個(gè)判據(jù)構(gòu)成的接地保護(hù)，至少有一個(gè)判據(jù)始終能滿足檢出接地故障的要求。此種微機(jī)接地保護(hù)裝置已在波蘭國內(nèi)推廣應(yīng)用。
5.2.6 暫態(tài)電流微機(jī)接地保護(hù)
暫態(tài)電流微機(jī)接地保護(hù)，既可用來檢出瞬間單相接地故障，而且也可用來檢出永久性單相接地故障。此種接地保護(hù)可以作用于信號(hào)，又可延時(shí)動(dòng)作于跳閘，能夠迅速地檢出并清除故障線路。
當(dāng)諧振接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，從故障點(diǎn)暫態(tài)電流的組成來看，主要包含：電網(wǎng)故障相的對地電容的放電波與非故障相的對地電容的充電波，以及消弧線圈的暫態(tài)電感電流等3個(gè)分量，而后者在故障的初始階段不起作用。由于暫態(tài)接地電流的頻率很高，幅值很大，同時(shí)該暫態(tài)零序電流與零序電壓的首半波之間存在著固定的相位關(guān)系。對于放射形結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)而言，在故障線路上兩者的極性相反，而在非故障線路上，兩者的極性則相同，借此便可檢出故障線路。
暫態(tài)電流的大小，與初始電壓的相位有關(guān)。當(dāng)接地故障發(fā)生在基波電壓的零點(diǎn)附近時(shí)，其值很小，接地保護(hù)可能出現(xiàn)“死區(qū)”，這就要求裝置能夠正確記憶首半波的極性關(guān)系。過去的物理模擬接地保護(hù)不能解決這一問題，現(xiàn)在的微機(jī)接地保護(hù)可以解決。此種暫態(tài)電流微機(jī)接地保護(hù)已經(jīng)在我國的中壓電網(wǎng)中投入了試運(yùn)行，并且能夠正確地監(jiān)測瞬間的單相接地故障。為了使該裝置能夠正確動(dòng)作，它采用的是暫態(tài)零序電流的實(shí)際有效值。
這里應(yīng)當(dāng)指出，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償電網(wǎng)中，可能存在電容電流“分界點(diǎn)”的非故障線路。此時(shí)，其兩端的零序電壓和零序電流的極性相同；而“分界點(diǎn)”不在其上的非故障線路，則一端相反，一端相同；同時(shí)，對于故障線路而言，兩者的極性，也是相反。因此，環(huán)網(wǎng)中暫態(tài)電流微機(jī)接地保護(hù)的選擇性問題，尚待研究解決。不過，在一般情況下環(huán)網(wǎng)多為開環(huán)運(yùn)行，否則，也可先將環(huán)網(wǎng)解開，然后再進(jìn)行故障線路的選擇。為了安全起見，待檢除故障線路之后，應(yīng)盡快合環(huán)。
6 電纜網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)接地方式
近些年來，我國城市中的電纜網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展，在選擇中性點(diǎn)接地方式的問題上，出現(xiàn)一些不同的看法是比較自然的。其中主要的問題為：電纜網(wǎng)絡(luò)一旦發(fā)生單相接地，不是永久性故障，便是相間短路事故，消弧線圈已不起作用；電纜網(wǎng)絡(luò)的接地電容電流很大，補(bǔ)償與調(diào)諧十分困難，當(dāng)其值達(dá)到或超過150A時(shí)，諧振接地方式已不再適用，等等。
國內(nèi)外電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)際情況并非如此。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化了的諧振接地技術(shù)，不僅適用于架空線路電網(wǎng)和混合電網(wǎng)，還同樣適用于電纜網(wǎng)絡(luò)。
上海的電纜網(wǎng)絡(luò)在我國最具代表性，運(yùn)行時(shí)間長，電壓等級(jí)多，特別是市中心區(qū)的35kV電纜網(wǎng)絡(luò)，中性點(diǎn)的各種接地方式都有經(jīng)歷，堪稱世界情況的縮影。因此，在討論電纜網(wǎng)絡(luò)的單相接地故障問題時(shí)，離不開這些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
上海于1932年開始敷設(shè)33kV的電纜線路，與架空線路一起運(yùn)行，因電容電流較小，中性點(diǎn)采用不接地方式。1950年，兩條過江電纜建成后，與33kV電纜構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，因電容電流較大，發(fā)生接地故障時(shí)曾損壞設(shè)備。于是1952年將其改為直接接地方式。1953年又改為低電阻接地方式。1954年，經(jīng)前蘇聯(lián)專家建議，33kV的電纜網(wǎng)絡(luò)升壓35kV，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行。1957年35kV電纜聯(lián)網(wǎng)，中性點(diǎn)保持諧振接地方式，消弧線圈帶有并聯(lián)電阻，經(jīng)10s延時(shí)后投入，以檢出故障線路。繼之又執(zhí)行前蘇聯(lián)專家的建議，于1957年底將并聯(lián)電阻拆除。后來，新建的35kV電纜線路不斷延伸，加之23kV的電纜陸續(xù)升壓35kV運(yùn)行，1987年在城市中心區(qū)又重新使用低電阻接地方式［12］。
此外，我國的一些沿海開放城市，試用低電阻接地方式10年左右，一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)同樣是值得記取的。
6.1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電纜網(wǎng)絡(luò)
電纜網(wǎng)絡(luò)中的單相接地故障是否都是永久性的？對這一問題的議論，由來已久。理論分析與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，它與電纜網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)的接地方式密切相關(guān)，這點(diǎn)可通過運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
6.1.1 電纜網(wǎng)絡(luò)的瞬間接地故障
電纜線路的本體故障甚少，絕大多數(shù)故障發(fā)生在終端頭和中間接頭上。根據(jù)上海35kV補(bǔ)償電網(wǎng)1957～1960年的統(tǒng)計(jì)，消弧線圈的動(dòng)作成功率平均為76%，其中最低的一年也有62.5%。經(jīng)過分析認(rèn)為，由于消弧線圈的安裝位置相對集中，零序回路中產(chǎn)生的有功損耗使殘余電流顯著增大，不利于接地電弧的熄滅。當(dāng)調(diào)整了安裝位置后，在緊接著近一年的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，消弧線圈共動(dòng)作了51次，而成功率提高到94%［13］。在上述的這些數(shù)據(jù)中，雖然包括了部分永久性的接地故障，但同時(shí)也說明了，電纜網(wǎng)絡(luò)中的瞬間單相接地故障，仍然是相當(dāng)可觀的。
另據(jù)上海石化總廠1976年5月～1986年5月的10年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在大部分為電纜線路的35kV補(bǔ)償電網(wǎng)中，共發(fā)生單相接地故障65次，其中瞬間接地故障44次，占67.7%；在純電纜的10kV補(bǔ)償電網(wǎng)中，共發(fā)生單相接地故障37次，其中瞬間接地故障21次，占56.8%。后者的21次單相瞬間接地故障中，電纜絕緣瞬間擊穿9次，原因不明者11次，帶空載變壓器拉手車開關(guān)1次［14］。
這里應(yīng)當(dāng)指出，以上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是在人工調(diào)諧的消弧線圈與繼電保護(hù)選擇性尚未解決的條件下取得的。如果采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置等措施，對接地電弧的熄滅更加有利，則單相瞬間接地故障的比例，還會(huì)相應(yīng)地有所提升。2000年7月2日10時(shí)5～51分，LZ煉油廠的6kV補(bǔ)償電網(wǎng)中，一條線路連續(xù)發(fā)生11次瞬間接地后突然跳閘。該事故是由于電纜頭受潮后爆炸引起的，有功電流微機(jī)接地保護(hù)的動(dòng)作全部正確，由于運(yùn)行人員未能及時(shí)處理，否則，這次事故是完全可以避免的。
1999年9月，安裝在齊魯石化公司電纜網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)電流監(jiān)測儀，曾經(jīng)記錄到運(yùn)行在6kV補(bǔ)償電網(wǎng)中的一條三相XLPE電纜，在30天內(nèi)連續(xù)發(fā)生的2次瞬間單相接地故障，目前該電纜仍在繼續(xù)正常運(yùn)行之中。此種情況只有在諧振接地系統(tǒng)中方能發(fā)生，因?yàn)闅堄嚯娏魃跣?，故障點(diǎn)的絕緣損傷極微；同時(shí)，故障相恢復(fù)電壓的初速度很低，當(dāng)“水樹枝”中的水分蒸發(fā)后，電纜的絕緣仍可能恢復(fù)并保持在相當(dāng)高的水平。對于油紙絕緣和充膠的電力電纜，此種情況發(fā)生在國內(nèi)外的電力系統(tǒng)中就更多了。
關(guān)于“35kV和10kV電纜的單相接地必定是永久性的事故，它不存在自己熄滅電弧的可能”［11］ 。從以上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和分析討論中，可以看出這一論斷是不完全正確的。對于諧振接地系統(tǒng)中的電纜線路來說，由于故障點(diǎn)的殘流很小，從絕緣損壞轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘤谰眯越拥毓收?，一般有一個(gè)發(fā)展的過程（而外力破壞者除外），有時(shí)需要經(jīng)過數(shù)次瞬間接地后方能形成；而當(dāng)代的自動(dòng)消弧線圈條件更加有利，每次接地往往是從原始狀態(tài)重新開始，2次瞬間接地故障之間，時(shí)間的間隔可以長短不等，短則以時(shí)、分等計(jì)，長則以日、月等計(jì)，這些情況已被國內(nèi)外電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所證明。
6.1.2 電纜網(wǎng)絡(luò)的永久性接地故障
根據(jù)文獻(xiàn)［15］：“上海某35kV采用消弧線圈接地的電網(wǎng)，自1970年以來統(tǒng)計(jì)的單相接地故障中，有27.2%在處理過程中發(fā)展為二點(diǎn)接地故障，嚴(yán)重影響了供電可靠性。由于電纜的單相接地故障多屬永久性故障，電纜網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地故障，實(shí)際上就意味著對用戶的停電。此處配電網(wǎng)采用消弧線圈接地就無優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大事故的缺點(diǎn)卻相對突出”。于是1987年便將中性點(diǎn)改經(jīng)9.9Ω的低電阻接地運(yùn)行。
上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還同時(shí)說明，即使在采用人工調(diào)諧的消弧線圈和手動(dòng)拉路檢出故障線路的條件下，自1970年以來，仍有72.8%的單相接地故障并未引起停電事故。可見消弧線圈的作用還是相當(dāng)顯著的。若不拆除消弧線圈原配的并聯(lián)電阻，則可自動(dòng)檢出并清除永久性的接地故障線路，縮短電網(wǎng)帶故障運(yùn)行的時(shí)間，進(jìn)一步減少在處理過程中發(fā)生的“二點(diǎn)接地故障”。對于超期服役和絕緣不良的電纜，應(yīng)逐漸安排更換，而采用低電阻接地方式，則必然會(huì)導(dǎo)致100%的停電事故，使供電可靠性等顯著地下降。
6.1.3 電纜網(wǎng)絡(luò)永久接地故障的檢出和清除
文獻(xiàn)［15］還認(rèn)為：“大型的電纜配電網(wǎng)如果采用消弧線圈接地，由于處理故障時(shí)間一般較長，往往引起故障擴(kuò)大。排管式隧道中的電纜如果接地時(shí)間過長，容易引起可燃性氣體積聚而導(dǎo)致火災(zāi)。例如，某35kV電纜在隧道內(nèi)發(fā)生單相接地，60min后發(fā)展成隧道火災(zāi)，燒毀電纜40余條，致使事故擴(kuò)大。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配電網(wǎng)，其單相接地電流不超過1～2kA，持續(xù)時(shí)間不超過幾秒鐘，一般不會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大”等。
上面提到的隧道火災(zāi)事故，實(shí)際是1989年8月17日上海石化總廠35kV電網(wǎng)中發(fā)生的。如果采用參數(shù)增量法等微機(jī)接地保護(hù)等措施，自動(dòng)檢出并及時(shí)清除故障線路，則上述的火災(zāi)事故就可以完全避免。此外，所用的國產(chǎn)35kV XLPE電纜的制造質(zhì)量不良，導(dǎo)線偏心也是擴(kuò)大事故的原因之一。經(jīng)過全面分析和慎重考慮后，該廠結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)保持諧振接地方式不變，這就足以說明問題了。
這里應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，關(guān)于“電纜網(wǎng)絡(luò)允許帶單相接地故障運(yùn)行2h”的規(guī)定，原本是根據(jù)人工拉路檢出故障線路的經(jīng)驗(yàn)，對最復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)所需的時(shí)間不會(huì)超過2h。顯然，通常所謂的“諧振接地電網(wǎng)需要帶故障運(yùn)行2h”的說法是錯(cuò)誤的。何況，現(xiàn)在利用微機(jī)接地保護(hù)在不增大接地故障電流的條件下，可以自動(dòng)很快地檢出并清除故障線路，上述擴(kuò)大事故的情況就很難發(fā)生了。
6.1.4 諧振接地電纜網(wǎng)絡(luò)中的相間故障
過去，補(bǔ)償電網(wǎng)依靠人工拉路檢出接地故障線路，在處理過程中如果延誤，有時(shí)可能發(fā)展為二點(diǎn)（越野）接地等故障?，F(xiàn)在，單相接地故障可以自動(dòng)檢出，顯著地縮短了電網(wǎng)帶故障運(yùn)行的時(shí)間，擴(kuò)大為相間短路的機(jī)會(huì)就大大地減少了。
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，由于殘余電流很小，在故障點(diǎn)很難形成相間短路。例如，1997年4月13日廈門市杏林地區(qū)的10kV三相XLPE電纜，被郵電施工隊(duì)挖破后帶故障運(yùn)行了55min，因殘流小于4A，在機(jī)械傷痕周圍僅有輕微的電弧燒傷痕跡，自然沒有發(fā)展為相間短路。同時(shí)，由于接觸電壓和跨步電壓甚低，工人也安然無恙。
另外，根據(jù)邢臺(tái)、正陽和權(quán)臺(tái)3個(gè)煤礦電纜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)，在中性點(diǎn)不接地運(yùn)行期間，分別發(fā)生過50、25、20次單相接地故障，其中各有26%、40%、50%引起電纜“放炮”，導(dǎo)致了停電事故的發(fā)生。當(dāng)中性點(diǎn)改為諧振接地方式運(yùn)行后，又分別發(fā)生過40、32、9次單相接地故障，都未再發(fā)生電纜“放炮”現(xiàn)象。
以上的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，在補(bǔ)償電網(wǎng)中的電纜相間故障，遠(yuǎn)較中性點(diǎn)不接地或經(jīng)低電阻接地的電網(wǎng)為少。后者，很容易在故障點(diǎn)形成相間短路，我國早期試用低電阻接地方式的電網(wǎng)，其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)充分地說明了這一情況。
6.2 中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地電纜網(wǎng)絡(luò)
80年代我國從國外購進(jìn)了不少低絕緣水平的電力電纜等設(shè)備，由于不能直接投入中壓電網(wǎng)運(yùn)行，國內(nèi)一度興起了低電阻接地方式熱。于是，一些沿海城市的10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)，便改為低電阻接地方式運(yùn)行?，F(xiàn)將這些電網(wǎng)運(yùn)行10年左右的主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，概括說明如下。\
（1）GZ市的10kV電網(wǎng)。根據(jù)該供電局在試點(diǎn)過程中的統(tǒng)計(jì)，1987～1991年零序過電流保動(dòng)作120次，除自動(dòng)重合閘動(dòng)作33次，有22次成功外，中斷供電98次，占81.7%；加上零序過電流保護(hù)的誤動(dòng)作，使主變壓器低壓側(cè)斷路器跳閘全站停電事故，以及中性點(diǎn)的電阻器燒毀等事故率顯著上升，維修工作量和運(yùn)行費(fèi)用相應(yīng)增加，安全運(yùn)行水平與供電連續(xù)性明顯地降低了［16］。
1993年3月，該局召開的配網(wǎng)年度工作會(huì)議指出：“去年運(yùn)行管理有幾項(xiàng)指標(biāo)還不太令人滿意，該升的則降，該降的則升，這里面有客觀原因，特別是經(jīng)小電阻接地零序保護(hù)造成跳閘事故率增多，……”。后來的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也說明這一看法是正確的。
當(dāng)該局17個(gè)變電站完成中性點(diǎn)低電阻接地方式改造后，根據(jù)1992年和1993年的統(tǒng)計(jì)，10kV線路因零序過電流保護(hù)動(dòng)作跳閘354次，其中280次，占79.1%造成停電事故，只有74次，占20.9%重合成功，短時(shí)間恢復(fù)了供電。重合成功率低的主要原因是故障點(diǎn)的絕緣形成了殘留性故障；同時(shí)1993年所損失的電量卻為1992年的4.4倍等［17］。另據(jù)后來不完全的統(tǒng)計(jì)，接地變壓器爆炸燒毀4次，零序過電流保護(hù)動(dòng)作后繼電器不返回，導(dǎo)致主變壓器低壓側(cè)的斷路器跳閘至少7～8次，因此造成了大面積停電事故，等等。
（2）ZH市的10kV混合電網(wǎng)。ZH市參照前者的做法，于1993年先后將17個(gè)變電站中的10kV中性點(diǎn)改為低電阻接地方式運(yùn)行，其中在市區(qū)的有12座，電纜線路占76.5%；架空線路占23.5%；其余的5座，電纜線路占23.6%；架空線路占76.4%。運(yùn)行8年多來，因供電可靠性降低和人身傷亡事故增多等，現(xiàn)已決定分期改回到諧振接地方式運(yùn)行。
根據(jù)2000年對16個(gè)變電站的統(tǒng)計(jì)，全年線路跳閘共324次，其中單相接地跳閘228次，占總次數(shù)的70.37%，而瞬間接地為169次，占接地跳閘的74.12%；相間短路跳閘96次，占總次數(shù)的29.63%，而瞬間短路為74次，占相間短路跳閘的77.08%。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字基本上代表了歷年的運(yùn)行情況，其中有的架空線路的跳閘率竟高達(dá)123次/（百公里·年）。
此外，市中區(qū)的10kV電網(wǎng)，線路長約380km，其中電纜線路近60%。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，全年共發(fā)生線路跳閘停電事故144次，其中單相接地38次，占26.4%；相間短路106次，占73.6%，后者竟為前者的2.79倍。由于相間短路事故增多，維修工作量和運(yùn)行費(fèi)用自然就增大了。
另據(jù)1993年8月至2000年2月的統(tǒng)計(jì)，共發(fā)生人身傷亡事故11次，死亡9人，重傷4人，燒傷2人等。其中1996年3月24日的深夜，一臺(tái)大型工程車的翻斗誤碰10kV線路的一相導(dǎo)線，因工作地點(diǎn)比較潮濕，引起對地持續(xù)放電，司機(jī)在下車著地的過程中，觸電后電弧燒灼致死，經(jīng)半小時(shí)發(fā)展為金屬接地后線路才自動(dòng)跳閘。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，大部分車胎的下部橡膠燒光，同時(shí)人也被燒化。
（3）SZ市的10kV電纜網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)1998年1月1日至2000年1月1日的不完全統(tǒng)計(jì)，中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的10kV電纜網(wǎng)絡(luò)，線路跳閘共1009次。雖然沒有對單相接地、相間短路、瞬間故障和永久故障等分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，僅此一項(xiàng)問題便可見一斑了。
以上情況充分說明，增大接地故障電流是不可取的。因此，深圳和珠海等早期試用低電阻接地方式的供電部門，在幾年前便改用諧振接地方式了，并且后者現(xiàn)已決定分期改回為諧振接地方式。
當(dāng)中性點(diǎn)由低電阻改回到諧振接地方式時(shí)，為了節(jié)省投資，建議暫不拆除原有電阻器和零序過電流保護(hù)裝置，而留作自動(dòng)檢除單相永久接地故障線路之用。若運(yùn)行情況不夠滿意，則可另行處理，有的單位已考慮接受這一建議。
6.3 諧振接地方式的適用范圍
對于中壓電網(wǎng)來說，諧振接地方式在適用范圍問題上，與低電阻接地方式一樣是沒有限制的。但是，兩者的運(yùn)行特性是十分不同的。
德國柏林的30kV電纜網(wǎng)絡(luò)，電容電流曾經(jīng)高達(dá)4000A，中性點(diǎn)依然采用諧振接地方式，41臺(tái)消弧線圈分布在18個(gè)變電站。當(dāng)失諧度為零、電網(wǎng)全補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)，殘余電流為122A，其中的有功電流和高次諧波電流分別為90.4A和82A。當(dāng)時(shí)所用的消弧線圈是人工調(diào)諧的，通過監(jiān)視調(diào)諧的精度，取得了良好的運(yùn)行效果［8］。如今，可采用自動(dòng)消弧線圈，既方便使用，又能夠保證精度，顯然效果就會(huì)更好。
根據(jù)獨(dú)聯(lián)體“6～35kV電網(wǎng)接地短路電容電流補(bǔ)償規(guī)程”的規(guī)定，在人工調(diào)諧消弧線圈的情況下，允許的失諧度為±5%。在補(bǔ)償電網(wǎng)不能達(dá)到更高調(diào)諧精度的條件下，這雖然可以認(rèn)為是合格的，但仍然僅僅是權(quán)宜之計(jì)。由此可知，通常所謂“失諧度允許±10%”的規(guī)定早已過時(shí)了；同時(shí)，說明了補(bǔ)償電網(wǎng)采用自動(dòng)消弧線圈，以提高調(diào)諧精度的必要性。國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，當(dāng)失諧度為±5%和阻尼率為5%時(shí)，電網(wǎng)電容電流的允許值為282.8A；若限定失諧度不大于±1.5%時(shí)，則電容電流的允許值可增加100A，即電網(wǎng)的電容電流不大于385A時(shí)，仍可滿足上述“規(guī)程”的規(guī)定[7] ?，F(xiàn)在，廣泛采用了自動(dòng)消弧線圈，滿足上述規(guī)定是不成問題的。
根據(jù)我國電纜網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以得出同樣的結(jié)論。例如，洛陽熱電廠的10kV電纜補(bǔ)償電網(wǎng)，電容電流為370A，經(jīng)常并聯(lián)運(yùn)行，情況良好；青山熱電廠的10kV電纜補(bǔ)償電網(wǎng)，電容電流為350A，正常情況下母線分三段運(yùn)行，有時(shí)三段母線并聯(lián)運(yùn)行，同樣情況良好，等等。
實(shí)際上，當(dāng)電容電流接近或達(dá)到上述的允許值時(shí)，在一般情況下，補(bǔ)償電網(wǎng)已經(jīng)分區(qū)運(yùn)行了。所以，對電纜網(wǎng)絡(luò)來說，諧振接地方式的適用范圍，實(shí)際上是沒有限制的。
此外，莫斯科的35kV、維也納的26kV、巴黎的20kV和日內(nèi)瓦的18kV電纜網(wǎng)絡(luò)，中性點(diǎn)均采用諧振接地方式，運(yùn)行情況同樣十分滿意。
7 運(yùn)行特性與經(jīng)濟(jì)效益
實(shí)踐表明，諧振接地方式與低電阻接地方式的運(yùn)行特性，相差十分懸殊。因此，兩者的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也顯著不同?，F(xiàn)具體分析說明如下。
7.1 供電可靠性
供電可靠率是國家對電網(wǎng)考核的重要指標(biāo)。根據(jù)“電力可靠性指標(biāo)發(fā)布會(huì)”公布的材料，我國10kV電網(wǎng)的供電可靠率，1995年203個(gè)城市平均為99.075%，用戶的年平均停電時(shí)間高達(dá)81.03h。1996年238個(gè)城市平均為99.264%，用戶的年平均停電時(shí)間為39.68h。1997年255個(gè)城市平均為99.717%，用戶的年平均停電時(shí)間為24.79h。1998年275城市平均為99.81%，用戶的年平均停電時(shí)間為16.644h。1999年277城市平均為99.863%，用戶的年平均停電時(shí)間為12h等。伴隨著供電可靠率的提升，停電時(shí)間逐年降低。不過，這一成果是在全面實(shí)行網(wǎng)改和供需矛盾緩解的條件下獲得的，但與一些國家的差距是相當(dāng)大的。1995年日本、法國、英國、美國的全國供電可靠率分別為99.998%、99.982%、99.985%、99.990%，對應(yīng)的停電時(shí)間按分鐘計(jì)算平均僅為10.5、94.6、78.8、52.6min。近來，紐約和東京的年平均時(shí)間，僅分別為9.4和4.0min等。
關(guān)于停電時(shí)間，美國規(guī)定10年不超過24h；前蘇聯(lián)和東歐等一些國家規(guī)定1年不超過24h。我國至今尚缺乏類似的明確規(guī)定。
這里必須指出，國際上進(jìn)行可靠率統(tǒng)計(jì)的“用戶”，是真正指每一個(gè)低壓用戶，而我國目前的統(tǒng)計(jì)方法，是以“一臺(tái)10kV配電變壓器作為一個(gè)用戶”的。根據(jù)國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)，每臺(tái)配電變壓器的低壓用戶平均為40-100個(gè)，最多時(shí)接近500個(gè)。這樣看來差距是很大的。何況，我國的城市數(shù)量遠(yuǎn)不止上述被統(tǒng)計(jì)的數(shù)字，所以應(yīng)當(dāng)盡快提高實(shí)際的供電可靠率?，F(xiàn)在一些國家的用戶拒絕計(jì)劃停電，而我國實(shí)行的還是“雙軌制”統(tǒng)計(jì)方法，這對提高供電可靠率是十分不利的。
電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相接地故障中絕大多數(shù)是瞬間性的，特別是架空線路電網(wǎng)，只要是小電流接地系統(tǒng)，便無需繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作，在系統(tǒng)和用戶幾乎無感覺的情況下，接地電弧便可瞬間自動(dòng)熄滅，系統(tǒng)可以保持連續(xù)供電。而對于極少數(shù)的單相永久性接地故障，可以允許電網(wǎng)在一定的時(shí)間內(nèi)帶故障運(yùn)行。過去，依靠人工拉路檢出并清除故障線路，現(xiàn)在可以自動(dòng)進(jìn)行檢出并清除，供電連續(xù)性進(jìn)一步提高了。雖然電纜網(wǎng)絡(luò)與架空線路電網(wǎng)有所不同，但仍然不會(huì)改變這一結(jié)論，而且從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)和整體利益出發(fā)，采用諧振接地方式肯定是有益的。
這里需要指出的是，由于諧振接地方式能夠?qū)㈦娋W(wǎng)的事故消除在萌發(fā)之前，因而在事故率的統(tǒng)計(jì)中，往往被忽略而得不到反映。但是，消弧線圈的動(dòng)作成功率，卻可以提供這方面的信息，說明上述問題。同時(shí)，國內(nèi)外電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，消弧線圈配合自動(dòng)重合閘，可以將供電可靠性提升到相當(dāng)理想的水平。
低電阻接地方式情況則不同。不論單相接地故障是瞬間、還是永久性的，都必須自動(dòng)切除故障線路。因此，兩者的供電可靠性相差懸殊。這里順便指出，XY市的10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)改經(jīng)低電阻接地方式后，因停電事故急劇增多，用戶頻頻登門反映，運(yùn)行僅一個(gè)月后，便又改回到諧振接地方式了。
在中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的情況下，必須增大備用容量以保障供電連續(xù)性。例如，蘇州工業(yè)園區(qū)在20kV配電網(wǎng)規(guī)劃中指出：“由于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，線路單相接地故障時(shí)應(yīng)跳閘，因此網(wǎng)絡(luò)更應(yīng)采取全容量備用的原則，以及備用電源自動(dòng)投入和環(huán)網(wǎng)自動(dòng)化等措施，從而提高供電可靠性”。這一原則對我國廣大的城鄉(xiāng)電網(wǎng)是不現(xiàn)實(shí)的。
芬蘭在1997年國際供電會(huì)議的論文中強(qiáng)調(diào)指出：“用戶越來越無法容受即使非常短暫的斷電。自動(dòng)重合閘對那些商業(yè)和個(gè)人用戶又特別有害，因?yàn)樾∮?.5s的斷電也會(huì)對其設(shè)備造成損壞，而接地故障的有效熄弧能夠大大地限制短時(shí)間斷電的次數(shù)”。因此，芬蘭全國的10、20kV中壓電網(wǎng)都采用小電流接地方式，中性點(diǎn)不接地和諧振接地各占80%和20%。
7.2 人身安全
在大接地故障電流的條件下，防止人身事故與設(shè)備事故，即使瞬間跳開故障線路也依然存在問題。只有限制單相接地故障電流、降低接觸電壓和跨步電壓方能達(dá)到目的。
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，一般認(rèn)為：“低電阻接地方式瞬間跳開故障的線路，可以減少人身觸電傷亡事故”。這一論點(diǎn)似乎很有道理，但一經(jīng)分析便會(huì)發(fā)現(xiàn)存在明顯問題。
理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)碗娮杞拥胤绞降碾娋W(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地故障電流的顯著增大，在斷路器跳閘之前，故障點(diǎn)和中性點(diǎn)附近就已經(jīng)形成了危險(xiǎn)的接觸電壓和跨步電壓。而縮短故障時(shí)間，與自身相比會(huì)減少觸電概率，但卻不能根本解決問題。同時(shí)，伴隨著線路跳閘次數(shù)的顯著增多，出現(xiàn)危險(xiǎn)接觸電壓和跨步電壓的概率自然又大大增加了，所以觸電的機(jī)會(huì)也多了。
何況，在低電阻接地的系統(tǒng)中，同樣會(huì)出現(xiàn)高阻接地故障。若不能瞬間跳閘，則更加危險(xiǎn)。隨著架空絕緣導(dǎo)線的推廣應(yīng)用，零序過電流保護(hù)面臨著新的困難，問題更加突出。這已被國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)所證明。有些國家為此已修改了電氣安全規(guī)程。
根據(jù)美國加洲公共事業(yè)委員會(huì)的報(bào)告，因配電線路故障，居民平均每年死40人，傷150人。瑞典的城市和農(nóng)村中壓電網(wǎng)，中性點(diǎn)全部采用小電流接地方式，由于同樣原因，全國居民每年平均死亡少于1人，傷4～5人［7］。瑞典的國土面積和形狀與美國加洲近似，人口也不相上下，但上述兩者相差卻十分懸殊。
關(guān)于接觸電壓和跨步電壓問題，1999年CIREDWG03在“配電系統(tǒng)故障管理”總結(jié)報(bào)告中指出，所有接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都必須使地電位的升高低于125V、150V。前者為奧地利的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，后者為歐洲新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在此種情況下，接觸電壓不需要特別校驗(yàn)，否則，可允許用明確的測量來證實(shí)接觸電壓低于65V、75V。對于跨步電壓雖無明文規(guī)定，但滿足上述要求時(shí)，則是不危險(xiǎn)的。
我國試點(diǎn)低電阻接地方式的幾個(gè)城市，單相接地故障電流一般為400～600A，現(xiàn)場試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，不能保證繼電保護(hù)在所有的情況下都能夠瞬間跳閘，因而觸電和燒傷的威脅是很嚴(yán)重的。前面談到的珠海市的10kV電網(wǎng)，中性點(diǎn)改用低電阻接地方式運(yùn)行以來，多次發(fā)生人身傷亡事故就是有力的證明。
由于諧振接地方式限制了單相接地故障電流，人身安全情況就大不相同了。在我國的10、35和110kV諧振接地電網(wǎng)中，曾多次發(fā)生人身觸電現(xiàn)象，并未造成傷亡事故。例如，XM供電局曾有一人想自殺而碰觸35kV的帶電導(dǎo)線，僅引起消弧線圈動(dòng)作一次而已；重慶地區(qū)的110kV諧振接地電網(wǎng)，1965～1974年共發(fā)生過4次人員誤碰110kV帶電部分的情況，均未引起人身傷亡事故，其中獅子灘水電廠的外來培訓(xùn)人員，由于不慎直接誤碰110kV的帶電設(shè)備，引起消弧線圈動(dòng)作，由于殘流甚小，接地電弧瞬間熄滅，同時(shí)接觸電壓和跨步電壓很低，除手部稍有燒傷外，未發(fā)生其他事故；至于10kV諧振接地電網(wǎng)中的實(shí)例更多，這里不再枚舉。
此外，在德國、法國、愛爾蘭、丹麥、比利時(shí)、奧地利、捷克、斯洛伐克和南非等許多國家的10～80kV諧振接地系統(tǒng)中，曾經(jīng)都有這方面的記載［9］。前蘇聯(lián)和東歐諸國也不乏此例。國內(nèi)外電力系統(tǒng)的多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，諧振接地是保護(hù)人身安全的有效技術(shù)措施。
若將單相接地故障電流提升到1000～2000A，繼電保護(hù)的動(dòng)作情況可能得到改善。但是，隨著接觸電壓和跨步電壓的提升，對人身和設(shè)備安全的威脅自然就更大了。
7.3 設(shè)備安全
諧振接地方式可以有效地限制接地故障電流的危害性，不僅能夠保護(hù)人和動(dòng)物的生命安全，同時(shí)對電網(wǎng)中的電力設(shè)備均可起到不同程度的保護(hù)作用。例如，減少對一次設(shè)備頻繁的短路電流沖擊、減少斷路器的開斷次數(shù)和繼電保護(hù)的動(dòng)作次數(shù)與誤動(dòng)、拒動(dòng)的概率、以及運(yùn)行人員的誤操作概率、降低線路絕緣子的損壞率、減輕設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)與檢修工作量，等等。這些問題都比較容易理解，故以下只討論現(xiàn)代負(fù)荷特性改變而帶來的新問題，進(jìn)一步闡明限制單相接地故障電流、防止用戶地電位升高的必要性。
隨著社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，廣大用戶的負(fù)荷特性已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化，其主要表現(xiàn)為：信息管理系統(tǒng)大量進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，微機(jī)進(jìn)入千家萬戶，長途通信設(shè)備的迅速普及，數(shù)控設(shè)備的大量增加，大功率電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，等等。精密緊湊、價(jià)格昂貴的微電子設(shè)備，均具有對過電壓的敏感性；加上信息網(wǎng)絡(luò)等的電磁兼容問題日益突出和國際標(biāo)準(zhǔn)在低壓設(shè)備絕緣配合方面的改變等，要求電網(wǎng)必須嚴(yán)格限制電磁浪涌，以防止由各種原因在低壓用戶內(nèi)部引起的地電位升高。
EDF對此做出了有代表性的反映，決定將運(yùn)行了近30年的中壓電網(wǎng)的低電阻（抗）接地方式（接地故障電流為300～1000A），全部改為諧振接地方式。由于電纜線路的迅速延伸和電容電流的顯著增大，使故障點(diǎn)和中性點(diǎn)的地電位升高超過了低壓設(shè)備的絕緣水平，以至容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。而防止上述過電壓的途徑，一是除去故障點(diǎn)人工增加的有功電流分量，二是補(bǔ)償故障點(diǎn)原有的電容電流無功分量。
法國所走過的曲折道路，從一個(gè)側(cè)面說明了我國中壓電網(wǎng)堅(jiān)持小電流接地方式是正確的。但是，我國的一些城市當(dāng)前的作法，則恰好與此相反，有的電網(wǎng)甚至將接地故障電流提高到1000～2000A。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，配電變壓器的接地電阻一般為4Ω，如此，地電位升高的穩(wěn)態(tài)值便可達(dá)到4000～8000V；而暫態(tài)值自然更高。美國為此將低壓設(shè)備的工頻耐壓水平提高到4000V，1min，但仍不能解決全部問題；我國現(xiàn)行低壓設(shè)備的工頻耐壓標(biāo)準(zhǔn)為2000V，1min，恐怕就更加成問題了。有的城市在90年代末期，以電纜絕緣不能耐受高倍數(shù)電弧接地過電壓為由，將原來諧振接地方式的電纜網(wǎng)絡(luò)，大面積地改為低電阻接地方式運(yùn)行等，看來這些作法是存在問題的。
根據(jù)EDF的現(xiàn)行規(guī)定，中壓接地體與低壓設(shè)備之間的工頻耐壓為8000V，1min；中壓接地體與長途電話之間的工頻耐壓為6000V，1min等。他們在轉(zhuǎn)變中性點(diǎn)接地方式的過渡期間，將中壓接地體的地電位升高限制到6000V，這和低壓設(shè)備的耐受水平是相配合的。最終階段限制到3000V，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)76-3中的規(guī)定。
7.4 通信干擾與電磁兼容
當(dāng)代城市發(fā)展很快，變電所大量增加，電力電纜和架空線路密布，地上地下構(gòu)成了復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，廣播、電視、導(dǎo)航、信息高速公路，各部門的專用或公用收發(fā)信臺(tái)等的發(fā)展，有線通信與無線通信又形成了密集的信息網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)電與弱電兩大網(wǎng)絡(luò)，同處一個(gè)空間，空中、地下和平行、交叉并存。同時(shí)又均與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)，應(yīng)當(dāng)彼此兼容，共同發(fā)展。但是，由于通道擁擠，互相干擾的矛盾就日益突出，當(dāng)今城市的電磁兼容已經(jīng)成為共同關(guān)注的一大問題。
強(qiáng)電和弱電之間的干擾問題，一般說來，電力網(wǎng)是矛盾的主要方面，應(yīng)當(dāng)主動(dòng)考慮。而這一問題與中性點(diǎn)的接地方式密切相關(guān)。
7.4.1 通信干擾的原因及危害
電力網(wǎng)在正常運(yùn)行和發(fā)生故障的情況下，因電磁耦合、靜電耦合、地中電流傳導(dǎo)和高頻電磁輻射等4種原因，可能對信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾作用。前3種干擾的主要表現(xiàn)為音頻干擾、工頻干擾、接觸干擾、地電位升高和縱向電勢等。它們隨中性點(diǎn)接地方式的不同，造成的干擾影響也有區(qū)別。
眾所周知，通信干擾的危害性很大，輕則影響通信質(zhì)量，重則危害通信設(shè)備和人身的安全。前者為干擾影響，后者為危險(xiǎn)影響，而且，隨著信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，問題將會(huì)越加突出。必須防患于未然。
對于中壓電網(wǎng)來說，影響通信系統(tǒng)安全運(yùn)行的干擾因素，主要來自電磁耦合和地中電流傳導(dǎo)，而電容耦合一般可以忽略不計(jì)。由于低電阻接地方式增大了單相接地故障電流，所以容易引起對通信線路的干擾。雖然有的部門通過計(jì)算、模擬和少量的現(xiàn)場試驗(yàn)后，認(rèn)為“問題不大”，但這一結(jié)論是缺乏說服力和置信度的。因?yàn)檫@些計(jì)算和試驗(yàn)，不能反映運(yùn)行中的各種真實(shí)而復(fù)雜情況。而諧振接地方式的上述兩項(xiàng)干擾甚小，這早已是不爭的事實(shí)。例如，南非Capetown的供電部門，由于通信線路中有震耳的噪聲，于是將33kV電網(wǎng)改為諧振接地方式運(yùn)行，問題便得到了滿意的解決［8］。
上述“配電系統(tǒng)故障管理”的總結(jié)報(bào)告中明確指出：“通信網(wǎng)絡(luò)可能受到電容、電感或阻性等干擾。而電容耦合干擾的后果是不需要進(jìn)行調(diào)查的。如果20kV及以下的中壓電網(wǎng)的全接地電流小于60A，或者30kV的中壓電網(wǎng)的全接地電流小于67A時(shí)，電磁干擾也是不需要調(diào)查后果的。若是超過了這些電流值，同時(shí)又發(fā)生了兩點(diǎn)接地故障，則必須對電磁干擾進(jìn)行調(diào)查”。
在中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的電網(wǎng)中，全接地電流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述的規(guī)定值。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)生類似于二點(diǎn)接地故障的二相短路接地的情況較多，且后果比較嚴(yán)重。參照這一規(guī)定看來是需要進(jìn)行調(diào)查的。
利用光纖通信雖然也可解決問題，但需要增加投資，而且在舊網(wǎng)改造中，還難免會(huì)遇到一些另外的困難和麻煩。
至于靜電耦合的干擾影響，一般很?。欢哳l電磁輻射的影響，對中壓電網(wǎng)來說，一般可以忽略不計(jì)。
由上不難看出，對于防止通信干擾問題而言，低電阻接地方式是消極被動(dòng)的，諧振接地方式是主動(dòng)積極的。
7.4.2 諧振接地限制干擾的效果
理論分析和實(shí)踐結(jié)果表明，補(bǔ)償電網(wǎng)的零序阻抗接近無限大，單相接地故障電流甚小，因此電磁干擾受到了有力的遏制，地中傳導(dǎo)電流同樣亦然，而靜電干擾甚小，故諧振接地方式能夠較好地與線路密集、覆蓋面廣的信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兼容。同時(shí)，與單相接地故障點(diǎn)發(fā)生的位置無關(guān)。
關(guān)于音頻干擾，凡是等于工頻頻率的3的整數(shù)倍的高頻電流信號(hào)，全部不能通過，所以可以基本消除音頻信號(hào)的干擾。
關(guān)于工頻干擾，在電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下，中性點(diǎn)位移電壓甚小。即使在故障情況下，中性點(diǎn)位移至相電壓，根據(jù)在我國110kV補(bǔ)償電網(wǎng)中單相金屬接地的試驗(yàn)結(jié)果，在與輸電線路同桿架設(shè)的通信明線中，話音依然清晰可辨。而中壓電網(wǎng)中的這一干擾影響就更小了。
再如，美國Wisconsin-Michigan電力公司有一條50對的電話電纜，安裝在34.5kV補(bǔ)償電網(wǎng)架空線路的下面，在發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，通話沒有出現(xiàn)任何困難。其中6次接地故障的持續(xù)時(shí)間都超過3h?，F(xiàn)在，利用微機(jī)接地保護(hù)可以很快檢出并清除故障線路，就更加不成問題了［8］。
關(guān)于接觸干擾，是指高壓線路的導(dǎo)線斷線后，直接與通信線路接觸時(shí)產(chǎn)生的干擾。人們一般誤認(rèn)為此種干擾相當(dāng)危險(xiǎn)，其實(shí)情況并非如此。由于諧振接地方式對電網(wǎng)的三相對地電容不平衡，非常敏感，此時(shí)因故障相的導(dǎo)線與通信線相接觸，使其對地電容大大增加，中性點(diǎn)迅速移至線電壓三角形的頂點(diǎn)，相當(dāng)于電網(wǎng)發(fā)生了單相接地故障。國內(nèi)外諧振接地系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，萬一通信線路的絕緣擊穿，電力線和通信線之間流過的電流甚小，幾乎可以忽略不計(jì)，通信線路可以共享諧振接地方式的優(yōu)點(diǎn)［8］。例如1993年1月5日夜，XM市的通信線路被汽車掛斷，引起10kV電網(wǎng)接地，通信設(shè)備及話務(wù)人員均未發(fā)生損壞和傷亡事故。
關(guān)于地電位的升高，這種情況可由地中傳導(dǎo)電流或高壓線路碰觸通信線路所引起。根據(jù)我國的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，引起通信設(shè)備接地裝置地電位的升高應(yīng)低于250V。在補(bǔ)償電網(wǎng)中，由于故障點(diǎn)的殘流很小，所以，在通信設(shè)備上及其周圍產(chǎn)生的地電位升高，均可被限制到遠(yuǎn)低于上述數(shù)值，達(dá)到完全無害的程度。
關(guān)于零序電流的干擾，在極其個(gè)別的情況下，因架空線路的導(dǎo)線換位不良，補(bǔ)償電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈中流過的不對稱電流（零序電流）也可能引起一定的電磁干擾。只要改善導(dǎo)線的換位狀況，或加裝限壓電阻后，問題即可得到滿意的解決。顯然，此種干擾在電纜網(wǎng)絡(luò)中是不會(huì)發(fā)生的。
此外，當(dāng)單相接地故障轉(zhuǎn)變?yōu)槎c(diǎn)（越野）接地故障時(shí)，也會(huì)引起電磁干擾。但是，此種故障出現(xiàn)的概率甚低，根據(jù)統(tǒng)計(jì)僅占全部故障的0.5%～6%［8］ ，而且此時(shí)的故障電流也相對較小。這與大電流接地系統(tǒng)中二相短路接地的情況，有明顯的差別，不宜同等看待。同時(shí)，因殘流遠(yuǎn)小于CIRED WG03總結(jié)報(bào)告中的推薦值，故其后果也無須進(jìn)行調(diào)查。
7.5 繼電保護(hù)的選擇性
過去，小電流接地系統(tǒng)繼電保護(hù)的選擇性存在困難，但借助近代電子、微電子技術(shù)的支持，通過優(yōu)化后的諧振接地方式，現(xiàn)在情況與過去大不相同了。即使在很小殘流的條件下，也可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的選擇性；而且，瞬間接地故障現(xiàn)在也可檢測出來。相反，低電阻接地方式卻遇到了新的挑戰(zhàn)。
根據(jù)北京供電局在中性點(diǎn)經(jīng)低電阻（10Ω）接地的、10kV電網(wǎng)中的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)裸導(dǎo)線發(fā)生斷線接地時(shí)，計(jì)算的接地電流值為465A；但實(shí)際接觸瀝青路面時(shí)，在15s之內(nèi)只能達(dá)到15A；繼之，經(jīng)過0.33s接地電流增至114A時(shí)線路跳閘。在絕緣導(dǎo)線斷線的情況下，若斷面較臟，情況與裸線相似；若為新斷面，則觀察不到電弧，線路也不會(huì)跳閘。當(dāng)裸線斷線后與水泥路面接觸時(shí)，經(jīng)2～3s后接地故障電流從約4.2A增大到21A時(shí)被切斷；絕緣導(dǎo)線與瀝青路面接觸時(shí)情況相似，只有斷面被弄濕后，才能引起故障線路跳閘。何況，運(yùn)行中的絕緣導(dǎo)線斷線后，外部絕緣會(huì)自然拉長，故障線路跳閘就更加困難了。ZH市10kV電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，單相接地故障多次持續(xù)半小時(shí)后，方自動(dòng)跳閘。
為了使零序過電流保護(hù)能夠瞬間跳閘，則必須加大接地故障電流。顯然，接地故障電流越大，問題和缺點(diǎn)越多，越難適應(yīng)現(xiàn)代負(fù)荷特性的變化。所以不難看出，限制單相接地故障電流是中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展趨勢，已經(jīng)或正在成為國內(nèi)外廣大業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。
7.6 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
實(shí)踐結(jié)果表明，在設(shè)備總的投資方面，諧振接地方式和低電阻接地方式相差甚微；但是，由于運(yùn)行特性相差甚大，供電可靠性、維修工作量、運(yùn)行費(fèi)用和停電時(shí)間等的不同，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的差別，自然也就增大了。
實(shí)際上，只要用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、綜合分析和全面考量，孰優(yōu)孰差，問題就很容易弄清楚了。包括電纜網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)，只要少幾次停電、少損壞一些設(shè)備、少死一個(gè)人等，伴隨著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升，效益投資比自然就呈現(xiàn)出來了。同時(shí)隨著改革的深入，電價(jià)、電能質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)掛鉤，逐步實(shí)現(xiàn)依法治電，推廣諧振接地方式的步伐也就會(huì)加速了。
8 需要說明的幾個(gè)問題
關(guān)于城鄉(xiāng)中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，除以上的分析和論述外，尚需對以下若干個(gè)問題進(jìn)行必要的說明。
8.1 電阻接地方式問題
在諧振接地方式優(yōu)化之前，可以將低電阻接地方式作為解決中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的途徑之一。而現(xiàn)今情況則大不相同了。
低電阻接地方式的繼電保護(hù)選擇性，現(xiàn)在遇到了新的挑戰(zhàn)；中電阻接地方式優(yōu)于低電阻，接地故障電流一般不應(yīng)超過200A；至于高電阻接地方式，因接地電流只限于10A及以下，其使用范圍更加有限，而且還不及中性點(diǎn)不接地方式簡便。
總之，電阻接地方式并非新技術(shù)，而且現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)退維谷了。特別是當(dāng)今對供電可靠性的要求越來越高、對電磁環(huán)境的限制日益嚴(yán)格、而居民的生命安全倍受珍視；等等。故它與當(dāng)代城鄉(xiāng)中壓電網(wǎng)的發(fā)展不相適應(yīng)了。法國的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，特別值得我們借鑒。
8.2 法國的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
法國的中壓電網(wǎng)，從60年代采用低阻抗接地方式以來，有近30年的歷史。為了滿足電能質(zhì)量不斷提高的要求，1989年法國電力公司和法國燃?xì)夤荆℅DF）明確規(guī)定，從1995年開始，每年達(dá)到的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)優(yōu)于：
①1min以上的停電，不多于6次；②因延遲重合而帶來的10～15s的停電，不多于30次；③因快速重合而帶來的0.3s的停電，不多于70次；④累計(jì)停電小時(shí)不超占過3h。
為了保障人身安全和適應(yīng)負(fù)荷特性變化等的需要，EDF決定從90年代初開始，將城市和農(nóng)村的純電纜網(wǎng)絡(luò)、混合電網(wǎng)和架空線路電網(wǎng)的中性點(diǎn)，全部改為諧振接地方式運(yùn)行。
法國的中壓電網(wǎng)，由大電流接地方式改為諧振接地方式，走過了漫長而曲折的道路，為世界各地的中壓電網(wǎng)提供了可貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。EDF能夠從全局和長遠(yuǎn)考慮問題，進(jìn)行全面改造，帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分顯著的。
8.3 美國的現(xiàn)狀問題
美國中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)主要采用大電流接地方式，這是歷史原因造成的。AIEE曾經(jīng)明確承認(rèn)諧振接地方式的優(yōu)點(diǎn)而沒有采用，乃因從前的接地保護(hù)問題沒有獲得圓滿的解決。因此，美國過去未采用諧振接地方式，主要是由于技術(shù)上的原因。
這里應(yīng)當(dāng)指出，美國的聯(lián)合電網(wǎng)從規(guī)劃開始就明確規(guī)定，10年內(nèi)對用戶的停電時(shí)間不得超過24h，相當(dāng)于每年不超過144min；而且在臨近的3年內(nèi)，均須按月作出負(fù)荷曲線，以便實(shí)現(xiàn)電源和負(fù)荷之間的相互平衡，而且依法治電的管理體系比較完善，對違規(guī)停電實(shí)施經(jīng)濟(jì)賠償?shù)?，所以，供電可靠性可以維持在相當(dāng)高的水平。
而現(xiàn)在仍保持大電流接地方式，則主要是經(jīng)濟(jì)因素。因?yàn)槊绹緸樗綘I電力企業(yè)，加上系統(tǒng)的備用容量大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)好，自動(dòng)化水平和管理水平高等，自然供電可靠率也高。根據(jù)1983年CIRED的會(huì)議資料，美國的配電網(wǎng)廣泛采用可以過負(fù)荷50%～70%的變壓器，配電網(wǎng)、站裝有大量的可調(diào)電容器組作為無功電源，等等。顯然，在此情況下改變中性點(diǎn)接地方式是不合算、不必要的。
但是，大電流接地系統(tǒng)中的人身安全，仍然受到較大的威脅，統(tǒng)計(jì)資料說明，前途依舊不容樂觀。而低壓設(shè)備的安全問題，雖然絕緣水平可以提高，但也畢竟不是上策。
8.4 日本的變遷問題
日本過去的情況與德國相同，中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)主要采用諧振接地方式。它在侵華期間，從我國的黑龍江到海南島，對3～154kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)就是如此處理的。日本在二戰(zhàn)失敗后，國民經(jīng)濟(jì)面臨崩潰的狀況。美國作為戰(zhàn)勝國進(jìn)駐日本，在政治經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，曾經(jīng)起了主導(dǎo)作用。當(dāng)時(shí)，由于美國的電力設(shè)備大量地傾銷并占領(lǐng)日本市場，在這種情況下，相應(yīng)的大電流接地方式便隨之進(jìn)入日本。到1947年時(shí)，在22～77kV的電網(wǎng)中，中性點(diǎn)直接接地方式約為71%，經(jīng)電阻或低阻抗接地者各約6.5%，不接地者約10.6%，諧振接地者約為5.4%。日本中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式的變遷原因，是十分被動(dòng)和容易解釋的。
可是日本后來的情況發(fā)生了顯著的變化，中性點(diǎn)諧振接地方式和不接地方式又得到了很大的發(fā)展。根據(jù)1975年的統(tǒng)計(jì)，在日本3～6kV的電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不接地方式仍為92.6%，電阻接地方式僅為7.4%；11～33kV的電網(wǎng)中，消弧線圈和電抗接地方式仍為27.9%，電阻接地方式為30.6%；44～77kV的電網(wǎng)中，消弧線圈和電抗接地方式仍占65.5%，電阻接地方式僅為32.8%。同時(shí)他們將接地電流限制到100～200A，這實(shí)際上是“中”電阻接地方式。這里應(yīng)當(dāng)指出，除上述幾個(gè)有代表性的國家外，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較發(fā)達(dá)的歐洲，中壓電網(wǎng)主要還是采用小電流接地方式。如意大利、丹麥、芬蘭、奧地利和比利時(shí)等國主要采用中性點(diǎn)不接地方式；德國、法國、瑞典和部分的芬蘭、意大利、奧地利的中壓電網(wǎng)，則為諧振接地；比利時(shí)和西班牙各有一家電力公司，中性點(diǎn)采用低電阻接地方式。至于獨(dú)聯(lián)體和周邊的各國，以及東歐幾個(gè)國家的中壓電網(wǎng)，中性點(diǎn)仍繼續(xù)采用諧振接地方式。
此外，繼法國的中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)改為諧振接地方式之后，英國也正在向這個(gè)方向發(fā)展。與此相反，除中國的一些大城市外，中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，由小電流轉(zhuǎn)向大電流方向者，其他國家極少有如此情況。
8.5 中國的若干問題
由近些年來的有關(guān)文獻(xiàn)和資料可知，對中性點(diǎn)諧振接地和經(jīng)低電阻接地2種方式有如下的一些看法：①當(dāng)發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，前者電網(wǎng)帶故障運(yùn)行的時(shí)間很長，而后者電網(wǎng)可以瞬間跳閘；②前者人身危險(xiǎn)大，后者人身較為安全；③前者適用于架空線路電網(wǎng)，后者適用于電纜網(wǎng)絡(luò)；④前者的維修工作量雖小，后者的維修工作量也不大；⑤前者的過電壓高，后者則較低；⑥前者絕緣水平較高，而后者較低；⑦前者不利于城市電網(wǎng)升壓，后者則有利于升壓；⑧前者不利于無間隙MOA推廣，后者則比較有利；⑨前者的電磁兼容性雖好，后者也可采取防護(hù)措施；⑩應(yīng)當(dāng)突破傳統(tǒng)的前者，“因地制宜”和“因時(shí)制宜”選用后者；等等。
首先，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，諧振接地電網(wǎng)是將接地故障電流降低到殘流值后，對瞬間性接地故障能夠自動(dòng)消除，對永久性接地故障可以實(shí)現(xiàn)檢出與跳閘；而低電阻接地的電網(wǎng)是將接地故障電流明顯提升后，對所有接地故障一律實(shí)行瞬間跳閘。
關(guān)于人身安全和設(shè)備安全問題，主要是來自接地故障電流的威脅，具體的表現(xiàn)是接觸電壓和跨步電壓的高低。顯然，在2種不同的中性點(diǎn)接地方式下，相差懸殊的單相接地故障電流，必然產(chǎn)生不同的后果。
關(guān)于帶接地故障運(yùn)行的時(shí)間問題，過去，考慮到在復(fù)雜的電網(wǎng)中，人工檢除故障比較費(fèi)時(shí)，于是作出了極限時(shí)間為2h的規(guī)定。實(shí)際上，在缺乏接地保護(hù)的情況下，檢出故障線路并轉(zhuǎn)移負(fù)荷，一般也不過十幾分鐘或數(shù)十分鐘，然后便可立即跳閘，不是“必須”運(yùn)行2h。況且，短時(shí)間帶故障運(yùn)行對電纜絕緣老化的影響，遠(yuǎn)不及短路電流的沖擊對電纜絕緣造成的損傷?，F(xiàn)在，優(yōu)化后的諧振接地方式，在不增大接地故障電流的條件下，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)跳閘，此種擔(dān)心就可以不必要了。
我們退一步想，假定電纜網(wǎng)絡(luò)的單相接地故障100%為永久性的，那么，在此種情況下還是用小電流實(shí)現(xiàn)跳閘，遠(yuǎn)比增大故障電流跳閘為好。顯然，這是一個(gè)通用原則，不是“因地制宜”的問題；隨著時(shí)代的進(jìn)步，對供電可靠性、電能質(zhì)量、電磁環(huán)境和人身安全等的要求，只能是越來越嚴(yán)格，所以，也不是“因時(shí)制宜”的問題。
關(guān)于電網(wǎng)中用N-2代替N-1的問題，這在我國的許多電網(wǎng)中較難實(shí)現(xiàn)，即使在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了，值班調(diào)度員也難于將N-2轉(zhuǎn)化為所有高壓用戶和所有低壓用戶的備用電源。而諧振接地方式則不然?，F(xiàn)在采用低電阻接地方式的一些中壓電網(wǎng)，若重新轉(zhuǎn)向改用諧振接地方式時(shí)，現(xiàn)有的低值電阻器和接地繼電保護(hù)仍可留作檢出與清除接地故障線路之用，如果運(yùn)行情況不夠滿意，將來也可徹底進(jìn)行改造。有的地方準(zhǔn)備采納這個(gè)建議。
眾所周知，由于斷路器跳閘次數(shù)的增多，繼電保護(hù)誤動(dòng)作和運(yùn)行人員誤操作的概率也會(huì)增加，供電可靠性的孰高孰低、維修工作量的孰大孰小，等等，問題已經(jīng)清楚，這里就不需要進(jìn)行比較了。
其次，關(guān)于小電流接地系統(tǒng)的電弧接地過電壓問題，50年代末期在國際上已有了完善的結(jié)論，并且已從現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)中找到了數(shù)值大小的概念。優(yōu)化后的諧振接地電網(wǎng)，消弧線圈可隨時(shí)靠近諧振點(diǎn)，乃至在諧振點(diǎn)運(yùn)行，瞬間電弧接地過電壓為2.3p.u.，一般不超過2.5p.u.，而且出現(xiàn)2.0p.u.以上過電壓的概率小于5%，而間歇電弧接地過電壓自然也不會(huì)存在了。
關(guān)于電壓互感器鐵心飽和引起的中性點(diǎn)不穩(wěn)定過電壓，主要限于中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)，只要采用諧振接地方式，便可根除此種過電壓。再者，諧振接地系統(tǒng)中的斷線過電壓，即使采用人工調(diào)諧的消弧線圈，最高也不會(huì)超過線電壓等。
過電壓的情況已如上述，在補(bǔ)償電網(wǎng)同樣也可很快檢除故障線路的情況下，絕緣水平問題也就清楚了。顯然，離開系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，追求降低絕緣水平的單一指標(biāo)，是不會(huì)取得全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的。對于絕緣的確老化的電纜，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行更換。
此外，有的觀點(diǎn)認(rèn)為：“只要采用中性點(diǎn)直接接地或低電阻接地方式，便可將城市電網(wǎng)升壓20kV運(yùn)行。現(xiàn)有的大部分架空線路和電纜線路可直接使用；同容量的配電變壓器一次側(cè)串聯(lián)，二次側(cè)并聯(lián)也可使用；……”。在以前，日本東京電力公司部分小范圍的6.6kV電網(wǎng)，曾經(jīng)升壓運(yùn)行，不過，他們用的全部是單相變壓器，只要改變接線方式即可。而我國現(xiàn)為三相配電變壓器，情況就大不相同了。何況，我國10kV城網(wǎng)架空線路的絕緣裕度，是為防止污穢和節(jié)省維修工作量而有意加強(qiáng)的。簡易升壓所節(jié)約的投資，與增大接地故障電流、降低供電可靠性等帶來的長期損失和諸多麻煩，兩者之間需要進(jìn)行全面的權(quán)衡。
關(guān)于20kV電壓等級(jí)問題，對于新建的城市或小區(qū)電網(wǎng)，根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展情況，可以考慮采用；部分密集地區(qū)不能滿足供電要求的現(xiàn)有小區(qū)，也可以進(jìn)行改造。但就整個(gè)城市而言，全部升壓運(yùn)行看來是不大必要的，也是不現(xiàn)實(shí)的。從我國的現(xiàn)狀出發(fā)，增加一級(jí)電壓會(huì)使電網(wǎng)更復(fù)雜，管理更困難，對密集地區(qū)不如直接用35kV供電。從改造城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)兩方面考慮，必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大35kV電網(wǎng)，逐步減小10kV電網(wǎng)。
再次，有人認(rèn)為“無間隙金屬氧化物避雷器（MOA）在諧振接地電網(wǎng)中爆炸事故較多”，因而對推廣工作不利，而低電阻接地方式才比較有利。這一觀點(diǎn)也是值得商榷的。
世界上最早的MOA，是1973年日本明電舍公司在松下電氣公司ZnO壓敏電阻配方的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的。后來，美國的GE與日本的日立、三菱、東芝和瑞典的ASEA公司等，也相繼引進(jìn)松下公司的基本技術(shù)，各自研制成功了無間隙的新型避雷器。由于此種避雷器的性能優(yōu)良，成本較低，便很快在一些國家取代了碳化硅避雷器，并在世界范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。
我國于1976年開始自行研制MOA，1979年第一臺(tái)10kV的MOA投入運(yùn)行，此后就“遍地開花”。到了1984年，全國已有20多個(gè)單位進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)約有10000多臺(tái)3～220kV的MOA投入電網(wǎng)。由于對問題研究不透，閥片制造質(zhì)量不良，參考電壓取值過低（例如10kV的MOA參考電壓僅為18kV，而現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為25kV），同時(shí)一般采用手工造粒，箱式爐燒制的落后工藝，以及產(chǎn)品密封不良等情況，致使MOA的爆炸事故較多。實(shí)際上，只要糾正以上的問題，使參數(shù)選擇合理，閥片質(zhì)量合格，密封良好，則無間隙MOA在小電流接地系統(tǒng)中的安全運(yùn)行是完全有保證的，這已被后來的多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所證明。
在此期間，有的廠家生產(chǎn)的MOA產(chǎn)品不能滿足運(yùn)行要求，于是在內(nèi)部增加了間隙，這是不得已而為之的權(quán)宜之計(jì)，不是發(fā)展方向。特別是6～10kV的MOA，由于量大面廣，增加間隙后不僅制造工藝麻煩，而且還給運(yùn)行和維護(hù)增加了很大的工作量。這里附帶提及，保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)者可暫時(shí)不受此限。
關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則和規(guī)程問題，SDJ 7-79在確定電容電流的限值時(shí)，只考慮了電網(wǎng)的電壓等級(jí)，沒有考慮電網(wǎng)的構(gòu)成及線路的種類。其中規(guī)定3～60kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)，應(yīng)采用“非直接接地方式”；當(dāng)3～10kV電網(wǎng)的IC＞30A、20kV及以上電網(wǎng)的IC ＞20A時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)采用諧振接地方式。這主要是參照原蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。蘇聯(lián)的木材比較豐富，中壓電網(wǎng)除電纜線路外，過去基本為木桿線路，由于這些線路相應(yīng)的建弧率較低，故一般只需規(guī)定IC的限值，而且數(shù)值也較高。
后來的情況發(fā)生了變化，《蘇聯(lián)電氣裝置安裝規(guī)程》已于1985年進(jìn)行了修訂：對于木桿線路構(gòu)成的3～6kV電網(wǎng)的Ic＜30A、10kV電網(wǎng)Ic＜20A、15～20kV電網(wǎng)的Ic＜15A時(shí)，中性點(diǎn)采用不接地方式；當(dāng)電容電流分別大于上述數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)采用諧振接地方式。此外，《蘇聯(lián)電站和電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)規(guī)程》還明確規(guī)定，對于鋼筋混凝土和金屬桿塔構(gòu)成的6～35kV電網(wǎng)，當(dāng)Ic＞10A時(shí)，應(yīng)安裝消弧線圈。我國的DL/T620-1997在這方面所作的修訂與補(bǔ)充是正確的，而附加的“需在接地故障下運(yùn)行”是不必要的。
對于電纜線路構(gòu)成的中壓電網(wǎng)，根據(jù)我國的研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，6～10kV的全塑電纜、油紙電纜和交聯(lián)電纜，自動(dòng)熄弧的上限電流分別為25A、15A和10A［20］。前蘇聯(lián)的有關(guān)規(guī)程也定得比較嚴(yán)格，而DL/T620-1997對3～10kV電網(wǎng)電容電流的限值，依舊規(guī)定為30A是值得商榷的。
當(dāng)今我們面臨知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，保障信息暢通和防止通信干擾具有十分重要的意義。大電流接地系統(tǒng)的電磁干擾，比小電流接地系統(tǒng)嚴(yán)重，已是不爭的事實(shí)。如果采用光纖通信，對新建的系統(tǒng)來說，需要增加投資費(fèi)用，對舊城區(qū)電網(wǎng)的改造而言，恐怕問題就更多了。
最后應(yīng)當(dāng)指出，礦井對供電可靠性、人身和設(shè)備安全等的要求很高，而我國諧振接地方式的優(yōu)化，正是從煤礦的純電纜網(wǎng)絡(luò)開始的，由此又?jǐn)U展到石油、化工、鋼鐵和冶金等安全要求也高的行業(yè)，后來在電力系統(tǒng)中也逐漸地得到推廣。目前，我國已有20多個(gè)廠家生產(chǎn)制造微機(jī)接地保護(hù)和自動(dòng)消弧線圈，各有數(shù)千套和2500余臺(tái)投入運(yùn)行，創(chuàng)新的產(chǎn)品還時(shí)有出現(xiàn)，質(zhì)量也在不斷提高，可以適應(yīng)我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)發(fā)展與改造的需要。經(jīng)過優(yōu)化后的諧振接地方式，安全可靠性高、電磁環(huán)境兼容性好、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越等，應(yīng)當(dāng)是電力企業(yè)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的首選方案。在這一問題上，法國的曲折道路和日本的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是值得我們借鑒的。
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