10kV配电网中性点接地方式的选择是一个综合性工程技术问题，它与系统绝缘配合、供电可靠性、继电保护、通信干扰、人身及设备安全等问题密切相关[1]。目前我国10kV配电网中性点主要采用不接地、经小电阻接地、经高电阻接地和经消弧线圈接地这几种接地方式，但每一种接地方式都存在明显的优缺点。
在我国城市10kV配电网中，中性点经消弧线圈接地的运行方式最为普遍[9-11]。消弧线圈的主要功能是在系统发生单相接地故障时，通过提供零序感性电流对系统的零序容性电流进行补偿，将故障点残流降低至允许范围之内。并通过延长故障点恢复电压的恢复时间来减小间歇性电弧接地发生的概率，避免其产生弧光接地过电压危害系统安全，同时减小单相接地故障发展为相间短路的概率，提高供电可靠性[12-13]。
但是，通过收集某市10kV配电线路在2012年度的接地故障情况和连接在10kV系统侧中性点上的消弧线圈的动作情况，分析后发现，消弧线圈实际上并没有很好地抑制单相接地故障发展为相间短路。其主要原因为，消弧线圈未能有效抑制单相接地时刻的瞬态过电压，该瞬态过电压容易在系统绝缘薄弱处发生闪络或击穿，致使线路发生相间短路，引起跳闸;以及消弧线圈自身故障率较高。
针对消弧线圈实际运行中存在的问题，文献[14]提出消弧线圈选择性投入的运行方式，该方式可以使消弧线圈的动作更具针对性，降低消弧线圈的故障率。但消弧线圈投入前需对接地故障类型进行判断，判断为单相间歇性电弧接地时才能投入，而在判断期间，有可能已经产生弧光接地过电压，并对设备造成破坏。文献[15]在中性点经消弧线圈接地的基础上，发生单相接地故障时，通过短时投入并联中值电阻来抑制接地时刻的瞬态过电压。但并联电阻投入前仍然需要对是否发生接地故障做准确判断，然后控制系统发出投入指令，而瞬态过电压发生在接地时刻，即在投入电阻前，瞬态过电压已然产生。况且，该方法没有考虑系统正常运行时，中性点直接经消弧线圈接地可能放大因三相线路参数不对称造成的位移电压，导致虚幻接地，引起保护误动作情况发生。因此，本文提出一种充分结合中性点经电阻接地和经消弧线圈接地优势的中性点新型接地方式，以解决上述研究的不足。
1故障统计
1.1110kV线路接地故障
该市所有变电站的10kV母线总数为111段，系统中性点有两种接地方式。其中有45段母线的中性点采用不接地方式，占比例为40.5%;剩下66段母线中性点均经消弧线圈接地，占比例为59.5%。将线路接地故障类型分为永久性单相接地故障、瞬时性单相接地故障和相间短路故障3类，统计该市10kV电网在2012年每个月内3种故障的发生情况，具体如表1所示。
从表1的统计结果可看出，相间短路故障次数占全年线路接地故障总次数的70%，而通常认为发生最为频繁的瞬时性单相接地故障仅占19%，永久性单相接地故障占11%，即相间短路是3种接地故障类型中发生次数最多的。实际上，很大一部分相间短路故障并非一开始就形成，而是先发生单相瞬时性接地，再因非故障相的瞬态过电压在其绝缘薄弱处造成闪络或击穿，形成相间短路;或是因为消弧线圈没能消除瞬时性接地故障，致使瞬时性接地发展为间歇性电弧接地和稳定性电弧接地，产生弧光接地过电压，破坏系统另一处绝缘;或是在稳定性电弧接地期间，另一相线路遭受雷击，绝缘闪络，致使单相接地发展为相间短路，引起跳闸。总而言之，消弧线圈没能抑制接地时刻瞬态过电压以及没能有效熄灭电弧是相间短路故障频发的重要原因。
1.2变电站消弧线圈动作
该市A、B、C、D4所110kV变电站10kV侧系统的消弧线圈在2012年内的动作情况见表2。
由表2可知消弧线圈在6月、7月、8月3个月内，动作相对频繁，这主要是因为该市所在地区每年夏季是雷电活跃期，雷击闪络事故相对较多。
表3是A、B、C、D4所变电站的10kV侧配电网在2012年内发生接地故障的情况。
结合表2、表3可以看出，2012年，A、B、C、D4个变电站永久性单相接地和瞬时性单相接地之和分别为8次、7次、5次、4次，相间短路次数分别为19次、9次、11次、8次。而它们的消弧线圈动作次数分别是35次、46次、33次、8次。如果相间短路故障是雷击两相或三相同时闪络，或其他原因直接引起的，消弧线圈并不会动作，如果是由单相接地发展而成的，则消弧线圈便会在单相接地时根据电容电流大小进行补偿。结合消弧线圈的动作次数可知，各站的相间短路故障至少部分是由单相接地故障发展所至。说明发生单相接地故障时，消弧线圈动作了，但仍然没能很好地抑制单相接地发展为相间短路故障。
2新型接地方式
由于线路发生单相接地故障时刻，在非故障相上产生的瞬态过电压可能会在系统绝缘薄弱处造成闪络甚至击穿，扩大事故。因此，本文提出一种中性点新型接地方式，该方式在具有补偿电容电流能力的基础上，可以降低接地时刻的瞬态过电压，并且在发生金属性接地和高阻永久性接地情况下均能准确选出故障线路。接地模块结构如图1所示。
图1中，L为消弧线圈本体，R1为15?小电阻，R2为1200?大电阻，R3为10~100?的可调选线电阻。其中R1的取值依据为：在充分抑制瞬态过电压的同时，避免故障点电流过大;R2的取值依据为：
在充分发挥消弧线圈灭弧性能同时，避免中性点电压漂移。正常运行时，K1、K2闭合，K3断开，中性点经消弧线圈并联小电阻接地;系统发生单相接地故障时，K1延迟5ms断开，转为中性点经消弧线圈并联大电阻接地;单相接地故障消失后，K1再闭合，中性点接地方式恢复正常运行;若为永久性单相接地故障，K2与可调电阻器R3配合，进行投切，实现故障选线。
该方法的依据是，系统正常运行时，中性点位移电压为
式中：d为网络的阻尼率;υ为消弧线圈的脱谐度;
U00为电网三相电压不平衡在中性点产生的不对称电压，在中性点新型接地系统中
式中：d0通常为2%~5%;dL可忽略;dR=1/(ωCR0)，ω为角频率，R0是与消弧线圈并联的电阻。正常运行时，R0=R1=15?，d较大，即使脱谐度υ=0，也能保证U0 即较小的阻尼率d可以降低故障相电压恢复初速度，延长电压恢复时间，降低发生间歇性电弧接地的概率。而且适当大小的阻尼率不会导致中性点位移电压过高，不影响单相接地故障消失后开关K1的再次闭合。 3仿真计算及分析 3.1中性点经消弧线圈串小电阻接地故障仿真 为了对比新型接地方式与中性点经消弧线圈串电阻接地方式对接地时刻瞬态过电压的抑制作用，本文用ATP-EMTP程序对该市所采用的中性点经消弧线圈串小电阻接地方式进行了仿真计算，模型示意图如图2所示。图中Rs、Ls分别为线路等效电阻和电抗;ca、cb、cc为线路A、B、C三相的对地分布电容;L为消弧线圈电感;RL为消弧线圈串联电阻，K为该电阻的投切开关。 理论及多次仿真表明，在故障相电压幅值最大时发生单相接地，产生的瞬态过电压最大。故仿真时，在A相电压相位为?90°，即t=0.02s时，设置其中一条线–缆混合馈线的末端发生接地，并令故障点过渡电阻为0.5?。消弧线圈上的小电阻在0.022s时被短路，假设0.06s后，接地故障已完全消除，则令电阻开关于0.062s断开，中性点转为正常时的运行方式。仿真结果如图3所示，If为故障点电流，t表示时间，U0、Ua、Ub、Uc分别为中性点及母线各相电压。 由图3可知，中性点经消弧线圈串小电阻接地系统在其中一条馈线末端发生单相接地时，中性点过电压为13.75kV，即标幺值为1.68，三相电压中C相瞬态过电压最大，达18.36kV，标幺值为2.25，故障点冲击电流幅值为1906A。 3.2中性点新型接地方式下单相接地故障仿真 在t=0.02s时，在同一馈线末端设置单相接地故障，过渡电阻仍为0.5?，在0.025s时，K1断开。 此时，中性点经消弧线圈并联大电阻接地。假设接地故障在2个工频周期内完全消除，则在0.065s时，K1闭合，中性点转为正常时的运行方式。仿真结果如图4所示，I0为中性点电流。 由图4可知，中性点为新型接地方式的系统生发单相接地时，中性点瞬态过电压为11.47kV，标幺值1.4，母线上瞬态过电压最大为15.87kV，标幺值1.94;故障点冲击电流幅值3903A，中性点在单相接地时刻流过一个冲击电流，幅值为1150A。对比中性点经消弧线圈串电阻接地方式下的仿真结果，中性点和母线上的瞬态过电压幅值分别减小2.28kV、2.49kV，分别降低了16.6%和13.6%。 当接地故障点位置不同时，产生的瞬态过电压和冲击电流也不尽相同，表4、表5分别为中性点经消弧线圈串电阻接地系统和中性点经新型接地装置接地的系统在不同位置发生单相接地故障时，各处的过电压及故障点冲击电流。其中纯架空线的长度为12.6km，纯电缆线路长度为1.86km，线?缆混合线路中电缆长0.4km，架空线长6.9km。 由表4、表5可知，不管单相接地故障发生在电缆线路末端还是架空线末端，亦或是发生在电缆?架空线混合线路的连接处，中性点新型接地方式下，其各处的瞬态过电压相对于中性点经消弧线圈串电阻运行方式下的值均有不同程度的减小。表6为中性点新型接地方式下，单相接地故障时刻各处瞬态过电压的减幅。 由表6可知，当故障点在长架空线末端时，瞬态过电压降幅最大，其中，中性点过电压标幺值由1.47降至0.96，降幅最大，达34.7%;母线过电压标幺值由2.29降至1.71，降幅为25.3%;线路末端过电压标幺值由2.32降至1.89，降幅为18.5%。 3.3中性点新型接地方式的故障选线功能 若经一段时间，单相接地故障仍未消除，可将该接地故障判断为单相永久性接地故障。此时可通过投入100?的中值电阻，根据零序电流的有功增量来判断故障线路[17-19]。若为金属性接地，设故障点过渡电阻Rf为0.5?，仿真结果如图5所示。 图5(a)中的0.1~0.2s部分为投入中值电阻后故障点的电流波形，幅值由投入前的8A增加到59A。 图5(b)为故障线路的三相电流，投入中值电阻后，故障相A相电流由原来的141A增至200A，增幅明显。图5(c)为故障时，非故障线路三相电流，其幅值基本没有变化。因此，发生金属性接地时，投入中值电阻后，可以准确判断出故障线路。 若接地点故障为非金属性接地，即故障点过渡电阻较大，设其值为200?，投入选线电阻后，故障点电流以及故障线路与非故障线路的三相电流如图6所示。 由图6可知，投入中值电阻后，故障点电流幅值由投入前的6A增至20A;故障线路的故障相电流幅值由原来的146A增至160A，增幅较小。若此时负荷存在较大变动，则难以准确判定故障线路。 出现这种情况时，可先记录电流随投入并联选线电阻而增大的几条线路，一段时间后，将选线电阻调小再次投入，检测各条线路的电流变化，若某相电流随选线电阻的投切，继续增大减小的，则可判定此线路为故障线路。 图7为将选线电阻减至10?，再次投入后故障线路三相电流的变化。 图7中，故障线路故障相电流在重新投入10?选线电阻后，幅值由146A增至167A，相比之前的160A有所增大。且随着选线电阻的投切增大与减小，变化规律明显。因此，该方法可在故障点过渡电阻较大时仍能准确判断出故障线路，且装置简单可靠。 4结论 本文所提10kV配网中性点新型接地方式主要有如下几个特点： 1)正常运行时，中性点经消弧线圈并联小电阻接地，可避免产生虚幻接地现象;线路发生瞬时性单相接地后，中性点转为经消弧线圈并联高电阻接地，系统阻尼率减小，充分发挥消弧线圈的灭弧性能，同时可以保证中性点位移电压不会过高，使故障消失后，中性点顺利转为正常时的运行方式。 2)该新型接地方式对接地时刻的瞬态过电压有明显抑制作用，抑制效果随故障点位置不同而不同。当接地故障发生在长架空线末端时，效果最佳，此时，中性点、母线和故障点上的瞬态过电压降幅分别为34.7%、25.3%和18.5%。 3)若线路发生金属性接地，则在消弧线圈上并联投入100?的中值电阻，故障线路的故障相电流增幅明显，可准确判断出故障线路;若线路发生高阻永久性接地故障，可将选线电阻调小后再次并入，根据故障相电流随选线电阻的投切增大和减小，且第2次比第1次增幅更大的变化规律，可准确判断出故障线路，且该装置简单易行。
