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摘要：配电网中性点接地方式影响着系统的可靠性和安全性，可分为直接接地、经电阻接地等、不接地、经消弧线圈接地等，目前国标规定380/220V系统的中性点应直接与接地体建立电气连接。中性线断线造成的影响促使将中性线重复接地的观点的提出，但经过论证该方法并不能解决问题。
关键词：中性点接地方式；中性线重复接地
1.故障现象分析
2015上半年，某地铁车站出现站台部分导向、灯箱不亮、站厅部分设备无电（ATM机、扶梯、照明等）的故障情况。维修人员赶到现场后，经初步检查发现该站降压变电所低压开关柜一段的进线处电压异常，其中N相对地217V、A相对地21.4V、B相对地371V、C相对地391V。经分析可见A相电压明显偏低，而N线电压则明显偏高，甚至接近相电压，B、C相则由正常的相电压升高到接近线电压。而正常情况下，TN-S系统N线即使流过三相负载的不平衡电流，电压也应远远低于相线电压，而三相相线电压应在220V左右。《全国民用建筑工程设计技术措施/电气》要求的正常运行情况下电压偏差允许值：10kV及以下三相供电为±7%，220V单相供电为＋7%、－10%，可见该处电压明显超过正常范围。
经过进一步检查，维修人员发现了A相的异常接地点，在某小动力箱的开关下所接的用电设备有对地绝缘降低的故障现象，且由于施工问题，该处开关N线的出线端子错接了PE线，造成开关不能及时跳闸。
由于该所的配电变压器低压侧中性点直接与接地母排连接，当A相出现接地故障，不应造成B、C两相电压异常升高直至线电压。经过维修人员对线路的检查，发现从该所配电变压器低压侧中性点引出至变电所接地母排的电缆中断，断口位于电缆井内。此时该变电所相当于运行在配电变压器低压侧中性点与地绝缘的状态下，因此发生单相接地时，系统发生接地相相对地电压降低直至零电位，其他相电压则升高直至线电压附近。由于三个端子的线电压之间仍和正常运行时一致保持对称，因此使用三相供电的用电设备仍能和正常情况时一样继续运行，但非故障相电压升高至线电压，造成部分单相用电设备不能正常运行，部分配电箱内浪涌保护器烧坏，且系统绝缘薄弱点很容易被击穿。
因变电所采用双路电源、单母线分段的方式，动力照明系统负荷按重要性和供电方式不同分为三级，而出故障的只是其中一路电源，才使得影响范围不至于更大。国标规定380/220V系统的中性点接地方式应为直接接地，而且低压供电系统的绝缘要求相对于高压供电系统较低，设备和线路并未按照中性点不接地的运行方式来设计。国标和安规规定，即使在允许变压器中性点不接地的系统中，一旦某相出现接地故障，一般只允许整个系统“带病”继续运行2小时，维修人员应在此时间内完成对故障的修复。由于此次故障处理及时，部分用电设备又自带过电压保护，幸而并未对系统进一步造成较大的损害。
2.配电网中性点运行方式的比较
根据《城市电力网规划设计导则》（Q/GDW 156-2006）的相关规定，城网中性点接地方式分类要求简要列表如下：
2.1 中性点直接接地
中性点直接接地系统即接地体与系统的中性点之间建立直接电气连接的系统。当某相发生接地故障时，非故障相电压不受影响，故障相流经较大短路电流，因而能促使开关迅速动作跳闸以切除短路点，控制故障范围。不足之处在于，由于开关跳闸造成断电，降低了电网的供电可靠性。而且由于接地点故障电流大，造成该处跨步电压较高，对人身安全构成了威胁，同时对通信线路也能产生较大干扰。低压供电系统对用电设备和线路的绝缘要求较低，采用该种接地方式时，一旦某相发生接地故障，由于短路电流较大，能及时造成开关动作跳闸，从而迅速切除短路点，缩小了故障范围，保护了设备和线路。
2.2 中性点不接地
中性点不接地系统即供电系统的中性点与接地体之间为绝缘状态。当某相发生接地故障时，由于大地的阻抗相比于导体较高，不利于构成短路回路，因此只有较少故障电流流经该接地相，一般不足以使开关跳闸从而切断电源。而非故障相的电压则升高直至线电压，此时线电压仍然保持对称，三相用电设备仍能继续维持正常运行。对于对供电可靠性要求较高的地方，这种供电方式无疑降低了断电时间，在系统能承受的情况下“带病”维持运行，保障供电不中断。但此时由于非故障相电压升高，对系统的绝缘要求也较高，一般以此种方式运行的供电系统绝缘要求都按照线电压设计。不足之处在于较高的绝缘要求提高了材料的费用，增加了设备的投资。此次故障是由该所降压变压器低压侧N线出线至接地母排之间的电缆断线引起的，低压系统的用电设备一般不能承受超出范围的过电压，系统绝缘也未按照过电压设计，因此对设备的正常运行造成了影响，使得部分设备烧毁、部分设备停运，系统安全性降低。中性点不接地系统某相发生接地故障时，根据国标和安规的要求，可以带故障运行2小时，因此需要维修人员在此时间内及时处理故障。如果系统在过电压状态下运行时间过长，将造成绝缘损坏，进一步扩大故障。
3.中性线重复接地的争议
供电系统按照接地方式的不同可分为TT、TN和IT三类，其中TN系统又可分为TN-S、TN-C、TN-C-S几类。TN-S系统安全可靠，N线与PE线严格分开。正常工作时，N线流过三相负载的不平衡电流，而PE线无电流流过，且对地无电压，用电设备的金属框架、外壳等与PE线相连，形成了与可靠接地体的等电位联结，发生相线碰壳故障时能有效的避免金属外壳电位升高，从而保障了人身安全。因此相比较于TN-C系统，TN-S系统在安全性上有较大优势。TN-S系统的N线和PE线在电源处连接并接地，在低压供电系统中，通常是配电变压器低压侧的中性点连接变电所的接地母排。
3.1中性线断线的危害
TN-S系统的N线在正常运行时流过三相不平衡电流，从而使三相负载基本保持平衡，各相电压保持稳定。当各种原因使N线中断后，情况就发生了变化，由于三相负载不一定平衡，导致中性点漂移，线电压按照负载情况重新分配，造成了有的相对地电压升高，有的相对地电压下降，其中对地电压升高的相所带的设备承受不了过高电压，将会造成绝缘薄弱点的击穿或导致设备烧毁，不但威胁了人身安全，也造成了财产损失，该类型典型故障俗称“断零烧设备”。为了避免出现这种情况，国标从中性线的截面、连接等方面均做了严格要求，还包括不允许在中性线上串入熔断器，减少开关和触头，尽量避免接头等预防措施。
3.2中性线重复接地
中性线断线造成的危害如此明显，不少人提议将中性线做重复接地，当N线断线故障发生时，大地形成的通路可代替N线导体，流过三相的不平衡电流，从而避免负载不平衡造成的中性点漂移和相电压升高。对于这样的观点，著名工业与民用建筑电气技术专家王厚余曾在《建筑物电气装置600问》里专门反驳过。如果中性线做了重复接地，发生断线后，会有少量不平衡电流可通过后一个接地点流经大地，但由于大地和中性线导体的阻抗相差甚远，通过该方式流经的不平衡电流有限，仍然会存在三相负载不平衡造成中性点漂移的现象，线电压仍然会按照负载情况重新分配，某些相电压升高，造成绝缘损坏或设备烧毁。变电所接地点设置、安装不当，中性线盲目重复接地，甚至会形成杂散电流，腐蚀地下金属管线。
参考文献：
[1] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].中国电力出版社
[2] 官澜.变压器中性点接地方式对电力系统运行可靠性的影响研究[D].西南交通大学，2010
[3] 何林.中性点接地方式对配电网可靠性影响的研究[D].华北电力大学，2013
论文作者:陈秋原1,王代航2,徐旭3
论文发表刊物:《电力设备》第03期供稿
论文发表时间:2015/11/2
标签：电压论文; 故障论文; 相电压论文; 系统论文; 设备论文; 电流论文; 方式论文; 《电力设备》第03期供稿论文;