20kV小電阻接地成套裝置的參數(shù)選擇

摘 要：在城市電網(wǎng)里面，電纜已經(jīng)被越來越多的用作輸電線路。這種電網(wǎng)通常有比較大的系統(tǒng)電容電流，又因使用了耐壓標準不高的電纜，不允許單相接地后長時間運行。通過小電阻接地的運用，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地之后，馬上切除故障線路，不但促使繼電保護裝置能正確地檢測切除故障回路，還讓接地故障時的內(nèi)部過電壓值變小了。

關鍵詞：20千伏；接地裝置；小電阻；參數(shù)選擇

1 經(jīng)消弧線圈和經(jīng)小電阻兩種接地方式的比較

主要針對經(jīng)消弧線圈與經(jīng)小電阻兩種接地方式的電網(wǎng)運行特征做出對比。在文章中，所有的“前者”都象征著經(jīng)自動補償消弧線圈接地，所有的“后者”都象征著經(jīng)小電阻接地。

首先是過電壓水平。發(fā)生單相接地故障時，前者繼續(xù)運行，非故障相對地電壓升高為線電壓；而后者經(jīng)過小電阻接地，非故障相電壓處在相電壓與線電壓之間，過電壓比前者小。

其次就是供電的連續(xù)性、可靠性和故障范圍。在電網(wǎng)出現(xiàn)了永久性接地故障時，前者把接地故障電流減少至殘流值以后，永久性故障進行了跳閘檢修，瞬時性接地故障可以逐漸地消失，有時可帶故障運行若干小時，其主要由于接地電容電流受到了補償，單相接地故障將變成不了相間故障；后者由于屬于低電阻接地的電網(wǎng)，具有不低的接地點電流，零序保護要是沒有定時的動作，會讓接地點與其周圍的絕緣遭受不同程度的危害，造成相間故障不斷出現(xiàn)，從而使永久性及非永久性的單相接地線路的跳閘次數(shù)均明顯增加。

最后就是對通信與信號系統(tǒng)的干擾。在電力系統(tǒng)里面出現(xiàn)單相接地故障的情況下，產(chǎn)生的零序電流與電壓屬于強大的干擾源。在經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)中，它屬于靜電感應；在經(jīng)小電阻接地的大電流接地系統(tǒng)中，其屬于電磁感應。消弧線圈接地能明顯地減少通信與信號系統(tǒng)的干擾，此種優(yōu)勢非常可觀，要是出現(xiàn)了單相接地故障，感應回路中的電流于里面的分布均受到制約，與接地沒有關聯(lián)。而中性點經(jīng)小電阻接地就通信與信號系統(tǒng)的干擾來說屬于不完美的接地方式。

2 小電阻接地裝置的概念

若20kV系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，在不發(fā)生諧振過電壓的情況下，健全相的電壓將從相電壓升高到線電壓（1.73倍），而且這種運行方式允許持續(xù)2小時。但是，這樣的不接地系統(tǒng)的存在是有條件的。那就是只適合于單純由架空線路組成的電網(wǎng)，且其電容電流必須小于10A。問題是隨著電網(wǎng)建設的發(fā)展，不可能有單純的架空線路電網(wǎng)存在，而是電纜線路將越來越多，相應的電容電流也遠遠不止10A。當20kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，往往因比較大的電容電流而產(chǎn)生諧振過電壓。而諧振過電壓的倍數(shù)常常可能達到3倍以上，這就嚴重威脅了設備的安全。所以人們一直在設法降低產(chǎn)生諧振過電壓的條件，從而降低過電壓的倍數(shù)，以確保運行設備的安全。簡而言之，20kV系統(tǒng)可以作為中性點不接地系統(tǒng)而存在，但那是要有條件的，而這種條件伴隨著電網(wǎng)的擴大和現(xiàn)代化已不復存在。因此，人們需要尋找一種人工的中性點接地裝置，以降低諧振過電壓對運行設備的危害。

2.1 消弧線圈接地裝置

通常，消弧線圈的作用目標僅是把單相接地電容電流補償?shù)?0A以下而已。自動跟蹤補償程度好的設備，當然可以解決問題。但如果補償?shù)貌缓茫到y(tǒng)電容電流仍可能大于10A。而且，靠消弧線圈補償實際上只能起到熄滅電弧（人們通常所說的弧光短路時的電弧）的作用，而不能抑止因弧光短路所引起的過電壓倍數(shù)。如果系統(tǒng)瞬時故障較多，那么這種裝置還是不錯的選擇。但如果系統(tǒng)中諧波分量較高的話，消弧線圈裝置就不起作用。因為諧波分量越高，電容電流就越大，甚至可能達到幾百安。電容電流的大小除了和電容量成正比外，還和頻率成正比，在系統(tǒng)的電容一定的條件下，當然其頻率越高，電容電流就越大，而所謂的諧波分量，至少是三次、五次、七次等，那當然頻率很高，所以電容電流就相當大。由于系統(tǒng)中諧波分量的存在，可使電容電流達到幾百安培之多，當出線因單相接地而造成暫態(tài)過電壓時，消弧線圈卻是起不到作用的。（因為暫態(tài)過電壓屬于高頻電壓，而電感線圈對高頻相當于是開路。）此外，當系統(tǒng)電容電流很大（例如，100A以上到200A）時，消弧線圈很難達到理想的脫諧度而造成諧振的發(fā)生。還有，使用消弧線圈之后，相對不接地系統(tǒng)來說，選線更難。

2.2 小電阻接地裝置

這種接地裝置的好處是過電壓程度低，對設備安全有利。但美中不足的是故障電流大。關于小電阻接地裝置的幾個問題如下：

對于過電壓倍數(shù)：若Ir=Ic，過電壓倍數(shù)為2.6Pu（Pu-最高相電壓的峰值，）

若Ir=2Ic，則過電壓倍數(shù)為2.3Pu，

若Ir=4Ic，則過電壓倍數(shù)為2.0Pu

結論：流經(jīng)小電阻的阻性電流越大，過電壓倍數(shù)就越低。

對于保護精度：Ir越大，則故障電流就越大，保護的靈敏度越高。

所以，從過電壓倍數(shù)和保護精度來看，都希望流經(jīng)小電阻的阻性電流要大。

3 如何選擇接地變的容量和小電阻接地成套裝置中的電阻值

3.1 如何選擇接地變的容量

若根據(jù)計算或統(tǒng)計，系統(tǒng)的電容電流為150A左右，那么為了使過電壓倍數(shù)不要大于2倍的Pu值，通常按4倍系統(tǒng)電容電流來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流，即IR=600A，施加在小電阻上的電壓為相電壓，即21/=12kV，則故障時段接地變?nèi)萘繛镾=Ir×U=600×12=7200kVA。而按IEC標準，變壓器10s的過負荷倍數(shù)為10.5倍（在10s過負荷時間內(nèi)，繼電保護肯定已動作切除故障了，也就是說，變壓器過負荷時間肯定小于10s），這樣：

接地變的額定容量S=7200/10.5≈690kVA

若按產(chǎn)品系列來選擇，則Sjdb=800kVA

3.2 如何選擇接地電阻

接地電阻值R=U相/Ir=12000V/600A=20Ω

通常我們就選擇為20Ω

因此，若選擇R=40Ω，那么流經(jīng)小電阻的阻性電流只能是12000/40=300A，若要保證流經(jīng)小電阻的阻性電流是系統(tǒng)電容電流的4倍，那么，系統(tǒng)電容電流只能是75A，這和設計當初的預設條件是不符的。

4 如何估算系統(tǒng)電容電流

對于20kV電纜線路的電容電流：

式中：Ic-20kV電纜線路的電容電流，（A/km）；S-電纜截面，（mm2）；U線-額定線電壓，（kV）

根據(jù)上式可以計算出各種截面的20kV電纜線路的電容電流如下數(shù)據(jù)所示：

20kV電纜線路的電容電流

電纜截面（mm2） 120 150 185 240 300

電容電流（A/km） 2.25 2.92 3.38 4.1 4.88

對于20kV架空線路的電容電流：

Ic=0.05A/km

可以按照所掌握的線路資料利用上面的數(shù)據(jù)來估算系統(tǒng)的電容電流，然后再按四倍大小來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流IR。

5 結束語

總之，小電阻接地的運用，不但促使繼電保護裝置能正確地檢測切除故障回路，還讓系統(tǒng)參數(shù)得到了優(yōu)化，讓接地故障時的內(nèi)部過電壓值變小。于是文章重點就如何選擇接地變的容量和小電阻接地成套裝置中的電阻值，就如何估算系統(tǒng)電容電流進行了研究。

參考文獻

[1]干耀生，唐慶華.城市中壓配網(wǎng)中性點小電阻接地方式分析[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2013，3.

作者簡介：曹智（1980，4-），男，籍貫：湖北孝感，學歷：本科，職稱：中級工程師，研究方向：變電一次設計。