中性點低電阻接地方式在35 k V配電系統中的應用

董 磊

（西門子（中國）有限公司，北京100102）

0 引言

自20世紀50年代起，我國引入前蘇聯的規程規定，對于6～35 k V配電系統，中性點一般采取不接地或中性點諧振接地方式。近些年來，隨著大城市經濟的飛速發展，電纜線路逐步代替架空線路，系統電容電流相比以前有較大增加。以電纜為主的配電網中采用不接地或中性點諧振接地方式時，電氣設備由于單相接地故障產生的過電壓被損壞的幾率大大增加，中性點不接地或中性點諧振接地方式已經不能滿足限制系統過電壓的要求。為解決這一問題，國內很多城市電力部門考察了美國等發達國家配電網的接地方式，結合自身電網的特點，經過充分的研究分析，發現采用中性點低電阻接地方式對降低系統過電壓有很大幫助。一些大城市開始試用并推廣到其他城市，同時，該方式在造紙、鋼鐵、機場、地鐵、發電等行業也被廣泛采用。

1 中性點接地方式的選擇

根據GB／T50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》3.1.3條、3.1.4條：

35 k V、66 k V系統和不直接連接發電機，由鋼筋混凝土桿或金屬桿塔的架空線路構成的6～20 k V系統，當單相接地故障電容電流不大于10 A時，可采用中性點不接地方式；當大于10 A又需在接地故障條件下運行時，應采用中性點諧振接地方式。

6～35 k V主要由電纜線路構成的配電系統、發電廠廠用電系統、風力發電場集電系統和除礦井的工業企業供電系統，當單相接地故障電容電流較大時，可采用中性點低電阻接地方式。變壓器中性點電阻器的電阻值，在滿足單相接地繼電保護可靠性和過電壓絕緣配合的前提下宜選較大值。

再根據DL／T5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》第18.2.4條及相應的條文進行說明：

系統中性點經電阻接地方式，可根據系統單相對地電容電流值來確定。當接地電容電流小于規定值時，可采用高電阻接地方式；當接地電容電流值大于規定值時，可采用低電阻接地方式。

當高壓廠用電系統中性點的接地電容電流小于或等于7 A時，其中性點宜采用高電阻接地方式；當接地電容電流大于7 A時，其中性點宜采用低電阻接地方式。

從以上這些規范的條文規定可以總結出，35 k V中性點接地方式應該按如下要求進行選擇：

當系統單相對地電容電流小于等于7 A時，可采用不接地或高電阻接地方式；

當系統單相對地電容電流大于7 A、小于等于10 A時，可采用不接地或低電阻接地方式；

當系統單相對地電容電流大于10 A時，可采用低電阻或中性點諧振接地方式。

2 中性點低電阻接地方式的特點

中性點低電阻接地方式適用于以電纜線路為主、系統電容電流較大、瞬時性單相接地故障很少的城市配電網，大型工礦企業配電系統以及發電廠廠用電系統。

中性點低電阻接地方式的特點：

（1）降低系統操作過電壓；

（2）有效限制弧光接地過電壓；

（3）可消除系統各種諧振過電壓；

（4）提高系統安全水平；

（5）及時切斷故障線路，有利于保護配置；

（6）把系統工頻過電壓限制在較低水平。

采用中性點低電阻接地方式，電氣設備及電纜承受的過電壓幅值較低，承受過電壓時間較短，并且電氣設備及電纜可采用較低的絕緣水平，降低了造價，使電氣設備及電纜的壽命大大延長，提高系統運行的安全可靠水平。

3 中性點低電阻接地方式下接地電阻的選擇

根據DL／T5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》第18.2.6條，經低電阻接地時，接地電阻選擇如下：電阻額定電壓，電阻值）。其中，UN為系統額定線電壓，Id為選定的單相接地電流。

4 中性點低電阻接地方式下電阻電流的選擇

通常情況下，選擇單相接地電流，主要從限制間隙性弧光接地過電壓倍數與滿足保護靈敏度要求兩個方面來考慮。由于低電阻接地方式下每條線路對地電容電流遠小于單相接地電流，故一般都能滿足靈敏度要求。根據國內外實際運行經驗，當電阻電流與電容電流相等時，可以將過電壓水平限制在2.5倍以下；當電阻電流等于電容電流的2倍時，可以將過電壓水平限制在2.2倍以下；當電阻電流等于電容電流的4倍時，可以將過電壓水平限制在2倍以下；當電阻電流大于電容電流的4倍時，過電壓的降低已不明顯。因此，電阻電流宜選取電容電流的2～4倍。

電阻額定電流IR＝Id＝（2～4）IC。其中，IC為系統對地電容電流。

5 中性點低電阻接地方式下接地變壓器的選擇

接地變壓器的特性要求是：零序阻抗低，空載阻抗高，損耗小。根據這一特性要求，接地變壓器一般采用曲折形接線，即Z型接線。

選擇Z型接地變壓器容量時，主要考慮其短時過負荷倍數限制以及長期熱穩定要求。根據標準IEEE－C62.92.3—1993第6.2.2.2條規定，具體允許過負荷倍數如表1所示。

表1 接地變壓器允許過負荷倍數表

Z型接地變壓器額定電流IZN＝IR／3n，Z型接地變壓器容量SN＝3×Uph×IZN。其中，n為過負荷倍數；Uph為系統相電壓。

6 工程實例

6.1 工程介紹

某造紙廠工程35 k V變電站，主變連接組別為YNd11，主接線形式為單母線接線，20回電纜出線，采用交聯聚乙烯鋁芯單芯電纜，其中 YJLV－26／35 k V 3（1×400）電纜共計3.22 k m，每千米每相對地電容電流為0.214 6 A；YJLV－26／35 k V 3（1×185）電纜共計11.47 k m，每千米每相對地電容電流為0.166 5 A。

6.2 系統總的對地電容電流計算

系統總的電容電流應包括與系統有電氣連接的所有電纜線路、架空線路、發電機、變壓器以及母線和電器的電容電流，并應考慮電網5～10年的發展。該電容電流應取最大運行方式下的電流。就本工程而言，系統對地電容電流包括電纜線路部分與變壓器、母線和電器等設備部分。

（1）電纜對地電容電流根據《電力工程電氣設計手冊 電氣一次部分》公式3－1計算：

（2）設備對地電容電流根據《電力工程電氣設計手冊 電氣一次部分》表6－46數據計算，35 k V系統設備增加的接地電容附加值為13%。

（3）系統總的電容電流：

經計算，系統總的電容電流為55.94 A。

6.3 接地電阻選擇

（1）接地電阻額定電壓：采用UR≥1.05×UN／槡3計算，接地電阻的額定電壓為21.2 k V。

（2）接地電阻額定電流：采用IR＝（2～4）IC計算，接地電阻的電流在111.88～223.76 A之間。根據相關樣本選擇200 A接地電阻。

根據DL／T5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》第18.2.4條進行說明：

電阻器的容量應按流過電阻的工作電流和持續時間來確定，在該時間內電阻應保持足夠的熱穩定。當采用低電阻接地方式時，由于單相接地保護裝置動作于跳閘，接地電流的持續時間按10 s考慮即可滿足要求。

綜上所述，接地電阻參數為：額定電壓21.2 k V，額定電流200 A，阻值101Ω，最大通流時間10 s。

6.4 接地變壓器選擇

（1）接地變壓器額定電流：采用IZN＝IR／3n計算，接地變壓器的額定電流為6.35 A。

（2）接地變壓器額定電壓為35 k V。

（3）接地變壓器容量：按表1過負荷時間10 s，過負荷倍數10.5倍要求，采用SN＝3×Uph×IZN（其中）計算，接地變壓器的容量為385 k VA。根據相關樣本選擇接地變壓器容量為400 k VA，額定電流為6.6 A。

綜上所述，接地變壓器參數為：聯結組別ZN，額定電壓35 k V，額定電流6.6 A，額定容量400 k VA。

7 結語

隨著城市電網的不斷發展，電纜線路替代架空線路的比例不斷提高，以電纜為主的配電網采用中性點低電阻接地方式將成為發展趨勢。本文以某造紙廠工程為例，介紹了中性點接地方式的確定，分析了低電阻接地系統的特點，重點介紹了低電阻接地系統接地電阻及接地變壓器的選擇。

［1］周澤存.高電壓技術［M］.北京：水利水電出版社，1987.

［2］解廣潤.電力系統過電壓［M］.北京：水利水電出版社，1985.

［3］弋東方.電力工程電氣設計手冊：電氣一次部分［M］.北京：水利電力出版社，1989.

［4］DL／T5222—2005 導體和電器選擇設計技術規定［S］.

［5］GB／T50064—2014 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范［S］.

［6］IEEE－C62.92.3—1993 IEEE Guide for t he Application of Neutral Grounding in Electrical Utility Systems，PartⅢ－Generator Auxiliar y Systems［S］.