低電阻接地方式的研究及應用

侯聰聰，梁章鋒，郭潤霖

摘 要：隨著國家建設城市化的趨勢，大部分大中型城市受城區場地、美化和環保等因素的要求，10kV架空線路不斷下地，電纜線路的比重逐年上升。新建10kV城市配電網大量采用以電力電纜為主、架空線路為輔的電網結構，使對地電容電流大大增加。經消弧線圈接地具有以下問題：第一，經濟性差：隨著電容電流的不斷加大，需要更多的消弧線圈以提供更多的補償容量；第二，技術不可靠：消弧線圈太多導致對分接頭的及時調整有困難，而且若電容電流計算值或測量值不準確，接地時易出現諧振過電壓。所以10kV配電網改用中性點經低電阻接地的方式運行。文章通過對消弧線圈接地方式和低電阻接地方式對比研究，結合北京市朝陽區多個110kV變電站低電阻接地改造工程，提出城市配電網低電阻接地運行方式的正確性，并對低電阻的阻值和接地變壓器容量的計算進行說明。

關鍵詞：城市配電網；變電站；低電阻；接地方式；優勢

中圖分類號：TM86 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0138-02

Abstract： With the trend of urbanization of national construction， the proportion of cable lines in most large and medium-sized cities is increasing year by year because of the demand of urban site， beautification and environmental protection and so on. A large number of new 10kV urban distribution networks use the power cable as the main structure supplemented by overhead lines， which greatly increases the earth capacitive current. The grounding of arc-suppression coil has the following problems： first， poor economy： with the increase of capacitance current， more arc-suppression coil is needed to provide more compensation capacity； Second， the technology is unreliable： too many arc-suppression coils lead to difficulties in adjusting the tap in time， and if the capacitance current calculation value or measurement value is not accurate， the resonance overvoltage is easy to occur when grounding. So 10kV distribution network is operated by neutral point grounding with low resistance. Based on the comparative study of arc suppression coil grounding mode and low resistance grounding mode， combined with the low resistance grounding reconstruction project of 110kV substations in Chaoyang District， Beijing. The correctness of low resistance earthing operation mode in urban distribution network is put forward， and the calculation of low resistance resistance and earthing transformer capacity is explained.

Keywords： urban distribution network； substation； low resistance； grounding mode； advantage

在1980年之前， 6kV-35kV配電網多使用經消弧線圈或中性點不接地的方式運行。大部分線路多以架空方式架設，所以電容電流較小，因而這兩種接地方式能夠滿足當時供電的要求。

在2014年12月1日實施的國家標準《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）第3.1.4條規定：“6kV-35kV主要由電纜線路構成的配電系統、發電廠廠用電系統、風力發電廠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，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”[2]

1 城市配電網低電阻接地方式優勢分析

1.1 以電纜線路為主的城市配電網特點

近年來，隨著我國大中型城市規模的不斷擴張，城市配電網10kV出線中電纜線路所占的比重越來越大，電網運行中存在以下特征：

（1）當發生電纜線路單相接地時，對地的電容電流很大。

（2）電纜線路運行時不易受外界影響，發生瞬時性接地故障的可能性很小，但是如果發生故障，一般多為永久性故障。

（3）當發生單相接地故障時，由于電力電纜的絕緣程度小，非故障相電壓升高到線電壓，易引起絕緣薄弱處多點擊穿，造成相間短路。

1.2 消弧線圈接地的問題

消弧線圈在接地故障時，不破壞系統的對稱性，提高供電可靠性。但是在城市配電網中，這種接地方式存在以下問題：

（1）理論的和實際的電容電流容易不一致，消弧線圈補償的可靠性就差。

（2）以電纜線路為主的配電網，使用消弧線圈接地，要達到殘余電流小于10A不容易。

（3）電纜線路的增多，致使單相接地時的電容電流增大，需要更大容量的接地變壓器，這就增大了投資和占地。

1.3 低電阻接地方式的優勢

如果發生單相接地故障，由于中性點接地方式采用的是電阻元件，相比于通過消弧線圈通過故障點的電流較大，繼電保護裝置可以將迅速切除故障線路，因此該接地方式在城市配電網中的特點和優勢有以下幾個方面[4]：

（1）其本身固有的阻尼作用，可消除諧振過電壓。

（2）系統單相接地故障時的過電壓倍數明顯降低。

（3）這種接地方式，再結合線路零序保護，使判斷出故障線路的準確性更高并可迅速將其切除。

（4）由于中性點電阻對系統正常運行時的中性點位移電壓具有強大的抑制作用，所以使得中性點位移電壓減小。

（5）在確定接地電阻阻值以后，即便是運行方式發生變化，或者是電網結構變化，只需對繼電保護的定值加以調整，都不需要調整接地電阻。

2 變電站低電阻接地方式方案設計

中性點接地電阻阻值的選擇：

結合北京市朝陽區三間房、咸寧、小紅門等110kV變電站低電阻接地改造工程，改造前均采用消弧線圈接地方式，根據電網規劃和實測數據，小紅門變電站10kV系統在架空線路入地改造之后總容性電流≈300A。將從下面幾個方面考慮電阻阻值的選擇：

（1）考慮單相接地故障時限制過電壓倍數。

過電壓試驗及實際運行經驗表明，額定通流時間按10s考慮，當電阻的額定電流IR是系統容性電流IC的2倍時，弧光過電壓水平降到2.2p.u.；在考慮弧光過電壓水平和設備的經濟性兩方面時，變電站的接地電阻通過電流的能力為：IR=2IC=600A，接地電阻最終計算得RN=■=10.1？贅，可將單相接地故障的弧光過電壓水平限制在2.2p.u.范圍內，系統過電壓的程度得到了限制。

（2）考慮零序繼電保護靈敏度。

當10kV配電網某一相發生單相接地故障時，求接地故障電流：

IF=■（1）

式中為故障相電纜的容性電流。由于相比總的容性電流可忽略不計，因此，式（1）可簡化為：

IF=■（2）

目前，城市配電網變電站的微機保護都有零序保護功能，線路的零序保護是按躲過本線路的對地電容電流進行整定的，且起動電流比較小，每條線路對地產生的容性電流遠遠小于單相發生接地故障時的電流，所以能保證高靈敏度的零序保護正常運行。

（3）考慮滿足對通訊干擾。

10kV配電網在北京市采用IR=600A，小于有關設計規程規定。經過實測和計算，不會對通信線路造成干擾。

（4）考慮接觸電勢和跨步電壓不超過允許值。

采用小電阻接地系統時，可考慮在塔桿周圍土壤或塔桿裝設接地極中添加增阻劑。從新聞上和國家電網的統計來看，我國目前還未有因接觸電勢過高和跨步電壓引起人身傷亡的事件。

3 接地變壓器容量的計算

按照IEEE-C62.92.3標準[6]的規定，在10s內接地變壓器允許過載系數為額定容量的10.5倍。下面就首先計算出10s情況下接地變壓器的額定容量。再結合低電阻技術參數，計算接地變壓器的額定容量：

S10.5=3U2？準NIR/3（3）

式中變壓器額定相電壓U2？準N=6.06kV，IR=600A。求得10s短時運行的額定容量為3637kV·A，再將其折算至連續運行時的額定容量SN=S10.5/10.5=346kV·A?？紤]裕度，變電站10kV系統選取額定容量為500kV·A（標準容量）的接地變壓器可滿足系統的要求。

4 結束語

結合筆者對北京市朝陽區多個變電站改造的實際狀況，通過對比低電阻接地方式和消弧線圈接地方式的特點，對低電阻接地方式的電阻阻值和接地變容量進行分析。

（1）接地電阻值的選擇須從限制弧光過電壓、繼電保護的靈敏度及人身安全多個角度考慮。

（2）采用低電阻接地后，接地變壓器連續運行的額定容量將大大降低，對于改造項目無需另外增加接地變壓器，節約成本。

（3）采用低電阻接地后，母線單相接地保護的整定值及動作時間需與各饋線零序保護相配合。

參考文獻：

[1]水利電力部，西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊[M].北京：水利電力出版社，1989.

[2]GB/T 50064-2014.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范[S].北京：中國計劃出版社.

[3]GB50065-2011.交流電氣裝置的接地設計規范[S].北京：中國計劃出版社.

[4]李有鋮，廖建平.10kV小電阻接地系統運行分析與評價[J].中國電力，2003，36（5）：7-8.

[5]李林，馮勇，鄭劍飛.中性點采用兩種接地方式的配電網單相接地故障的比較[J].高壓電器，2008，44（30）：239-242.

[6]IEEE Std C62.92.3-1993.IEEE Guide for the app li-cation of neutral grounding in electrical utility systems，PartⅢ-Generator auxiliary systems[S].