浅述地铁供电系统中性点接地方式
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摘要:我国地铁供电系统近年来多采用自建独立的主变电所方式向沿线牵引和降压变电所供电。东北地区一般采用66KV/35KV的变电方式。其它地区各城市一般采用110KV/35KV变电方式。变压器均采用星形/三角形接法,中性点绝缘（中性点不接地）。当地铁35KV供电系统中发生单相或两相短路接地故障时，将引起不平衡故障影响系统正常运行。及时地检测到该接地故障并用相应的继电保护装置加以保护是必要的。
关键字：供电系统中性点接地方式
城市轨道交通供电系统是为城市轨道交通运营提供所需电能的系统，它不仅为城市轨道交通电动列车提供牵引用电，而且还为城市轨道交通运营服务的其他设施提供电能，如照明、通风、空调、给水排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。在城市轨道交通的运营中，供电一旦中断不仅会造成城市轨道交通运输的瘫痪，而且还会危及乘客生命安全和造成财产的损失。因此，高度安全、可靠而又经济合理的电力供给是城市轨道交通正常运营的重要保证和前提。
一、地铁供电系统的组成形式
1、地铁供电系统的组成
地铁供电电源通常取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分：由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。牵引供电系统主要由主变电所、牵引变电所、接触网、电力监控、供电缆网等组成。提供地铁车辆的牵引动力电源。动力照明供电系统主要由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、用电设备等组成。提供地铁机电设备动力电源和照明电源。此外，还应设置地铁应急电源系统，如小型发电机、ＥＰＳ电源、ＵＰＳ电源等。
2、地铁供电方式
地铁的供电电源要求安全可靠，通常由城市电网供给。目前，国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种方式，即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。
(1)分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网（通常是10KV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。
(2)集中供电方式是指城市电网（通常是110KV或66KV电压等级）向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式，如上海、广州、深圳地铁等。
(3)分散与集中相结合的供电方式是上述两种供电方式的结合，可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。
二.地铁供电系统采用的接地方式
地铁供电系统，均为电缆线路，电缆网络较长，单相接地电容电流较大，电缆故障又多为永久性故障，单相故障时，如不及时切除，容易转化为两相故障。地铁车站牵引变电所进线电源均为两回电源，供电可靠性高，当一回电源发生单相故障时继续运行，可及时切除故障电缆，而由另一回电源供电，不要求供电系统在供电电缆发生单接地故障时继续运行。由于地铁通信、信号系统的主要传输通道采用了光纤、屏蔽电缆，因些单相接地故障电流对其干扰作用不大。只是要求能迅速断开故障电缆即可，为此需要快速选择性保护能迅速获得必要的足够的短路电流。一般地铁接地故障电流为100~1000A，当故障电流大时，保护灵敏度高，所以地铁供电网络，中性点均采用小电阻接地方式。
三.电阻接地和谐振接地的比较
（1）故障电流的影响
采用电阻接地方式，存在着使环网电缆一回系统处于故障运行障态。由另一回进线承担全部负荷，供电状态若长期运行，由于热负荷效应，会加速电缆老化，影响电缆寿命等问题。为此，需要对系统接地方式这一问题，作进一步分析，保证电缆的安全运行。但要慎重选择，因为接地方式的选择，还影响着设备安全，对于中性点不接地系统，其系统的相间短路是通过相关导体的对地电容形成通路，其总电流值等于非故障线路对接地电容电流的总和；对谐振接地系统，其中性点通过消弧线圈（消弧电抗器）接地，其感抗值与输电线路的对地电容值相等或差值甚小，线路对地间的分电容电流由消弧线圈产生的电感电流来补偿，从而使电弧很小或熄灭。偶然的接地故障是不可避免的。是否引起电气设备故障或火灾，直接与通接地点的故障电流大小有关。中性点电阻接地方式是通过中性点电阻器，反接地电流限制在能使断路器可靠动作范围内，其故障电流大小取决于中性点电阴器和故障点处的阻抗值大小，最大接地电流只在靠近电源变压器处短路时发生，这种接地方式会对网络中的电气产品带来较大损害。
2）继电保护的影响
从继电保护的选择性和灵敏度角度，通常电阻接地系统中继电保护的灵敏度和选择性较好，而谐振接地系统中的接地保护，从前是一个难点，甚至一时成为不愿采用谐振接地方式的理由。然而，随着近微电子技术和单片机技术的发展进步，适用于谐振接地系统的接地选线保护装置已日臻完善,能够保证保护的选择性和灵敏度。
3）对故障暂太电压的影响
从电弧重燃条件看，在不接地系统中，电弧的起弧、重燃或振荡的接地故障，在某此条件下能产生高达6倍于正常电压的冲击电压。产生这种结果的必要条件是在每次电弧熄灭之后要比前一次电弧熄灭之后以更高的速率建立起电弧通道的电介质强度。这个现象不可能发生在有消弧线圈的谐振接地系统中，这正是采用这一接地方式的理由之一；另外在中性点电阻接地系统中，由于电阻器的存在，破坏了每次起弧或重燃之后的任何高频振荡，同时由于中性点对地电位偏移减少等原因，限制这种因间歇接地故障而产生的暂态电压是比较有效的。我国电力行业推荐性标准（DL／T620-1997)《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》作了“电压为6-35kV且主要由电缆线路构成的送、配电系统，在单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备和通信的影响及继电保护方面的技术要求以及本地的运行经验等"的规定。电阻接拉方式的特点是继电保护简单；系统运行维护简单，是多电源网络的入选方案；但故障点地电位高，对人身及设备安全不行；供电可靠性低。对通信、电子设备干扰大。而谐振接地方式的特点是：采用谐振接方式的电网的运行可靠性最高，这是这网络的重要优点，自动跟踪补偿消弧系统的运行经验证明，装置可以运行在欠补、全补和过补状态，而不会发生过去人们担心的串联谐振过电压；运行管理比较简单，避免了过去非自动调谐消弧装置存在的管理问题。
4）对接网的影响
从作接地网的建设投资看，通常在发电厂或变电站中，工作接地与保护接地共用大于接地装置和接地网。在多数情况下，由于电阻接地方式的接地电流较大，其用于地网建设的投资要比采用谐和振接地方式昂贵得多。
5）对中压电缆的影响
电缆品种较多，但中压以上电缆多为交联电缆。这种电缆的缺点之一是近水性较强。其故障可分为电树枝（由气隙杂质所致）、电化树枝（由气隙间隙里有硫或其他成分溶液引起）以及水树枝（由于水浸入绝缘层所致）。水树枝是与运行环境条件密切相关的重要方面，其发展过程是逐渐的。如果及时进行常规试验，可避免发生这类故障。在电缆接头处、连接处，由于施工质量差，常易进水。变电站里的鼠害，也应是瞬间故障的起因。对水树枝或电化树枝故障，谐振接地系统同样能限制其破坏程度，防止或减少其发展成为瞬间短路。少数接地故障是由电缆内部开始。例如，由于电缆制造质量差，有偏心性况发生等。这时，电缆一般电现为电阻性故障，对于这种性质的故障，谐振接地系统能预先显示出来，如果及时发现处理，即可避免这类事帮的发生。如果发生单相接地故障，也会因为残余电流小而避免或减少瞬间故障的发生。
四、结语
配电网中性点接地方式是一个涉及到可靠供电、人身和设备安全、通讯干扰和过电压等方面的问题，应结合当地配电网的发展水平、电网结构特点，因地制宜地选择配电网中性点接地方式。总之，在三相交流电力系统中，采用哪种接地方式要根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行气象条件等因素经过技术经济综合比较来确定的，以达到较好的工程效果。
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