多電源10/0.4kV變電所系統接地的實施

王 穎 / 秦元崗

(1.中國航空規劃建設發展有限公司，北京 100120; 2.國防科技大學科研部，湖南 長沙410073)

多電源10/0.4kV變電所系統接地的實施

王 穎1/ 秦元崗2

(1.中國航空規劃建設發展有限公司，北京 100120; 2.國防科技大學科研部，湖南 長沙410073)

0 引言

10/0.4kV變電所含變壓器低壓中性點的系統接地和高低壓電氣設備外露導電部分的保護接地兩個接地[1]，本文主要討論的是10/0.4kV變電所含多電源時其系統接地的實施。《低壓電氣裝置(GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005) 第1部分：基本原則、一般特性評估和定義》、《交流電氣裝置的接地設計規范》(GB/T50065-2011)規定 “對于具有多電源的TN系統，不應在變壓器的中性點或發電機的星形點直接對地連接；變壓器的中性點或發電機的星形點之間相互連接的導體應是絕緣的，這種導體的功能類似于PEN，然而，不得將其與用電設備連接；在諸電源中性點間相互連接的導體與PE導體之間，應只連接一次。這一連接應設置在總配電屏內；對裝置的PE導體可另外增設接地[2，3]。雖然這兩本規范均已實施，但設計、審圖、施工、質檢等部門目前執行的仍是《建筑電氣工程施工質量驗收規范》(GB50303-2002)第 5.1.2條規定：接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側中性點直接連接；接地干線與箱式變電所的N母線和PE母線直接連接；變壓器箱體、干式變壓器的支架或外殼應接地(PE)。所有連接應可靠，緊固件及防松零件齊全[4]；以及國標圖集《干式變壓器安裝》(99D201-2)中變壓器低壓側中性點引出線與接地端子直接連接的做法。在系統接地的設置問題上，現行國家標準與IEC轉換標準之間為什么會有這么大的差異？這就不得不提到“雜散電流”。

1 雜散電流

中性線電流除通過本回路的中性線返回電源，還通過其他并聯通路返回電源，這部分中性線電流被稱作雜散電流[5]。

雜散電流可能引起下述電氣災害：

1)雜散電流可感應產生雜散電磁場，干擾重要敏感信息技術設備的正常工作。

2)雜散電流可能因不正規通路導電不良而打火，引燃可燃物起火。

3)雜散電流如以大地為通路返回電源，可能形成電池，因電化學腐蝕接地極、地下基礎鋼筋或金屬管道等金屬部分。

圖1 兩臺變壓器分列運行，正常單相電流流向

圖2 兩臺變壓器分列運行，接地故障電流流向

GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005、GB/T50065-2011中的一點接地規定正是基于消除多電源TN系統雜散電流以滿足電磁兼容性要求，而GB50303-2002對此未作考慮[6]。下面就對兩種做法作一比較。

2 變壓器中性點直接就地接地

當兩臺變壓器的主進開關為3P、聯絡開關為4P以及主進開關、聯絡開關均為4P時，雜散電流是否存在呢？分析過程同上，限于篇幅原因，此處不一一繪圖，僅列表如下(表1)。從防范雜散電流的角度來看，主進、聯絡開關均為4P的效果是最好的，主進開關為3P、聯絡開關為4P的效果次之，主進、聯絡開關均為3P的效果是最差的。

但是主進開關用4P有以下幾點問題：1)N母排裝設開關，增加“斷零”危險；2)4P開關浪費；3)中性點這段出線是PEN線，主進用4P違反了“PEN線不得斷開”的強制性條文。盡管如此，各別地區審圖仍要求采用4P開關。

表1 中性點直接接地時，雙變壓器開關級數與雜散電流的關系

圖3 GB/T16895.1-2008/ IEC60364-1:2005/、GB/T50065-2011 中多電源TN-C-S系統內系統接地的設置

圖4 含兩臺變壓器變電所的系統接地實施

實施中性點直接就地接地后，低壓屏內帶電導體除相母線外，另外的母線標注為N母排，此時，聯絡開關用4P值得推薦，因為單臺變壓器帶兩組低壓屏的運行狀態較少，而兩臺變壓器分列運行時此種方式有效減少了雜散電流。因此，《低壓配電設計規范》(GB50054-2011)3.1.16條規定“在電路中需防止電流流經不期望的路徑時，可選用具有斷開中性極的開關電器[6]” ；《民用建筑電氣設計規范》(JGJ16-2008)第7.5.3條規定“TN-C-S、TN-S系統中的電源轉換開關，應采用切斷相導體和中性導體的四級開關[7]” 。

減少雜散電流和采用3P開關是一對矛盾體：采用3P開關，必然會產生雜散電流；而減少雜散電流，需要采用4P開關。解決矛盾的辦法就是IEC標準規定的一點接地方法。

3 一點接地

引言中已提到《低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評估和定義》(GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005)、《交流電氣裝置的接地設計規范》(GB/T50065-2011)關于一點接地的文字規定。其實施如圖3、4。圖中，各處標注的含義如下：

1：不允許電源中性點直接就地接地。

2：兩電源中性點間的連接線必須加以絕緣，這根線的作用類同PEN線，但不得從這根連接線的回路上連接用電設備。

3：只能在此處將此連接線和PE線相連接而實現系統接地，此連接點可在多臺變壓器的變電所低壓配電盤內，也可在電氣裝置電源進線的總配電箱內。

4：電氣裝置內的PE線可多次重復接地[1]。

在這兩本規范中，多電源TN系統沒有TN-S系統，規范對此系統的表述為“對用電設備采用單獨的PE和N的多電源TN-C-S系統”。也就是說對于樓內設有變電站的建筑物來說，其整體是TN-S系統，但變電所這個小系統是TN-C-S系統。

“一點接地”并不是指PE保護接地線的接地，而是指從變壓器或發電機中性點引出的PEN線的接地。即從電源中性點引出的PEN線只能在低壓配電柜或總配電屏處與PE線一點接地。在同一建筑物內，不得再在其他處接地。這是對于電源處的系統接地所作的規定。當從此系統引出TN-C和TN-C-S系統時，在電氣裝置外的低壓配電線路上只要有可能就需將PEN線做重復接地，因為PEN線內有中性線電流產生的電壓降導致PEN線的對地電位，重復接地可降低這一電位。而對PE線而言，無論是哪一種接地系統，也不論是在電氣裝置內或外，只要有可能，將PE線多次重復接地以降低電氣裝置外露導電部分的電位總是有好處的。

圖4所示為兩臺變壓器分列運行時，正常單相電流In及單相接地故障電流Id的流向，均無雜散電流。同理可分析兩臺變壓器主進開關只合其中一臺且聯絡開關合的情形，也是沒有雜散電流的。

4 實施一點接地應注意的問題

從以上分析可看出，一點接地既能防范雜散電流，又不必為此使用4P開關，好處顯而易見。但是目前全盤否定中性點直接就地接地的做法不太現實，從設計角度看有以下兩點原因：其一，很多設計者還沒有意識到雜散電流的危害，畢竟多年來一直采用多點接地似乎也沒有造成很明顯的危害，況且作為實際存在的雜散電流，無測量出的定量值以及計算方法，讓人感覺雜散電流僅停留在理論階段；其二，在新的強制性國家標準和國家標準圖集實施之前，現有規范間存在矛盾，供電部門也不認可變壓器中性點在低壓屏內一點接地的實施方法，使得設計者執行起來難度很大。好在《建筑電氣工程施工質量驗收規范(征求意見稿)》中刪除“接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側中性點直接連接”的規定，改為“變壓器中性點的接地連接型式及接地電阻值必須符合設計要求?！边@為我們設計院執行并推廣“一點接地”提供了可能。目前過渡階段可先在數據中心、爆炸危險場所等雜散電流對其影響較大的場所采用一點接地法，并逐步實現所有多電源系統的一點接地。

實施一點接地應注意的問題：

1)變電所實施一點接地，低壓屏內帶電回路導體名稱分別為L1、L2、L3、PEN，不帶電回路導體名稱為PE。因此低壓配電屏的主進及聯絡開關切不可使用4P開關。

2)對于多電源系統的一點接地，不是每臺電源都需在其各自的低壓屏內一點接地，而是多電源作為整體，在任一臺電源的低壓屏內將PEN線與PE線一點連接。

3)此系統可引出除IT系統外的TN-C、TN-S、TN-C-S及TT系統。引出TN-C-S系統時需注意：TN-C-S系統使用剩余電流動作保護器時，PEN導體不得接在其負荷側，保護導體與PEN導體的連接應在剩余電流動作保護器電源側進行。

[1] 王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2] 中機中電設計研究院. GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005 低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評估和定義[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3] 中國電力科學研究院.GB/T50065-2011交流電氣裝置的接地設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[4] 浙江省開元安裝集團有限公司.GB 50065-2002 建筑電氣工程施工質量驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[5] 王厚余.變電所的系統接地和雜散電流[J].建筑電氣,2007,26(9)：4-7.

[6] 凌智敏.多電源TN系統的N線在哪里一點接地[J].建筑電氣,2013,32(5)：3-11.

[7] 中機中電設計研究院有限公司.GB 50054-2011低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[8] 中國建筑東北設計研究院.JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

王 穎

2008年碩士畢業于湖南大學電氣工程專業，工程師，國家注冊供配電工程師。

Implementation of Multi-power System Grounding in 10/0.4kV Substations

Wang Ying / Qin Yuangang

本文通過對多電源10/0.4kV變電所系統接地實施的兩種做法——變壓器中性點直接就地接地法及一點接地法進行比較，說明一點接地法在防范雜散電流方面明顯優于變壓器中性點直接就地接地法，并列舉實施一點接地法應注意的問題。

系統接地 多電源TN系統 雜散電流 一點接地 中性點直接就地接地

Through making comparison of two working methods for multi-power system grounding in 10/ 0.4kV substations: transformer neutral point direct earthing and one-point earthing, this paper points out that one-point earthing method is better than transformer neutral point direct earthing in the aspect of preventing stray current, and highlights the issues that should be concerned if implementing one-point earthing method.

system earthing, multiple power TN system, stray current, one-point earthing, neutral point direct earthing