經小電阻接地系統單相短路分析

王明新 施文鵬 李艷 陳彪

摘要：隨著城市配電網規模的擴大，大量電纜的應用，配電網系統電容電流水平快速提高，單相接地故障發生時故障點的電弧不會自行熄滅，會產生間歇性電弧，引起過電壓，使非故障相電壓大打升高，可能導致絕緣損壞，造成亮點或多點接地，擴大事故。新能源風電、光伏并網，按照國網公司事故通報要求，風電場、光伏站低壓側發生單相接地故障時，未防止風機等電源大面積脫網事件發生，都對中性點經電阻接地提出了需求。文章對經小電阻接地系統的單相短路故障進行分析，并對相應的故障錄波進行綜述。

關鍵詞：單相接地；中性點；故障錄波

一、問題產生根源

35kV及10kV系統電源側變壓器多為三角型接線，供電系統無中心點，Z型（也叫曲折接線）接地變得到大量應用，對電容電流小的供電系統，接地變中性點接消弧線圈來消除系統電容電流對單相接地故障的影響，當電容電流水平超過國家標準時，消弧線圈容量變得越來越大，帶來運行管理上的麻煩較多時，為快速隔離故障，小電阻接地系統得到大量應用。即限制了接地電流水平，又可快速切除故障設備，降低過電壓水平，減少對一次設備損壞，降低投資水平。

二、對小電阻接地系統的接地電流計算

考慮到中性點電阻是屬于三相對稱網絡以外的部分，單相接地序網各序電流均流經該電阻，故障相短路電流計算時電阻在公式中表達為3R，即Ik=3Ue/（3R+jXO）當接地變的零序電抗占系統零序電抗比例較小時，單相故障電流可以約等于Ik=Ue/R，用以估算小電阻系統的額定接地電流水平。

35kV系統平均線電壓取37kV，相電壓21.36kV，中性點電阻50Ω，21.36*1000/50≈400A

Z型接線的接地變壓器的每相繞組被平均分為兩段，分配在不同鐵芯柱上.同一鐵芯柱上的兩段繞組，屬于不同的相別且繞組極性相反，三相繞組按Z形聯結法接成星形接線。如圖所示，連接組別為ZN，yn11的接地變壓器接線原理圖，其各繞組向量關系如圖1。

當系統發生單相接地時，從圖可知，相當于各相繞組上施加了相電壓-U，由于三相零序電壓大相等、相位一致，而同一芯柱上兩個高壓繞組極性相反，激磁磁勢相互抵消，不在鐵芯柱中產生磁通。由此，Z接地變壓器鐵芯柱中磁密，發生單相接地前后并不變化；所以接地變壓器可以選取與普通電力變壓器的磁密。同一芯柱上高壓繞組的電流產生的磁勢只產生漏磁通，10kV接地變壓器的零序阻抗約為10Ω左右，35kV接地變壓器的零序阻抗約為100Ω左右，表現出低阻抗。

對于穩態而言，繞組中流過的電流就是消弧線圈電感電流，其容量等于消弧線圈容量，如果還有第三繞組作為所用變時，還須加上所用變容量，由于單相接地發生后，如果不是瞬間接地，并聯電阻投上，時間不超過4秒，因此考慮Z型變壓器的容量時，還必須考慮這個短時間過程，為將短時故障電流及其容量換算成持續的額定電流及容量，IEEE-C62.92.3-1993（R2005）標準做出過載系數的規定，來換算變壓器的短時容量為持續容量，換算如下表1

10kV系統Ue=6.062計算阻性電流IR，要求阻性電流為容性電流的1.5-2倍，估算系統的最大電容電流IC=200A，則IR=400A，取500A，系統接地變的系統最大容量=Ue*IR=500*6.062=3031kvar，此為10秒內過載10.5數據，則算長期工作容量3031/10.5=289kVA，，按照上表折算為2h 的容量（我們一般對于接地變和消弧線圈按照2h容量進行設計和標注），則容量為404kvA，我們可以選擇整數容量為500kVA（一般稍微放大一些）。選取接地電阻：R=Ue/IR=12.12歐姆，我們一般取12歐姆。接地變選型：接地變容量=接地電阻容量+所用變容量，最終型號為DKSC-600/10-100/0.4，查表發現零序阻抗為6.3歐姆/相，折算到零序為2.1歐姆，根據公式Z02=R02+X02，Z0=12.18歐姆驗算接地電流：I=Ue/Z0=6062/12.18=497.7A

接地變壓器一次側經消弧線圈接地，當發生單相接地時，流經消弧線圈的感性電流為

式中U—系統電壓，V；ZS—系統阻抗，Ω；一般可忽略；Z0—接地變壓器單相零序阻抗，Ω；ZL—消弧線圈的阻抗，Ω。值得注意的是，接地變出廠名牌顯示的電抗值為每相值，計算式應取綜合零序電抗即除以3以后的數值。

三、結論

根據國網公司文件要求，遼寧省關于新能源（風電）場、光伏（電）站35kV應裝設接地變，中性點電阻要求保證單相接地短路時故障電流不小于200A。單相及相間故障快速跳閘。風電場光伏站保護配置及整定應滿足上述要求。對設計院設計的35kV（標稱）400A經電阻接地系統，發生單相接地時，考慮到接地變阻抗、線路零序阻抗、實際經障礙物電阻接地后，實際單項接地電流值為290A，證明按照30%系統標稱接地電流400A整定的定值120A是合適的。

參考文獻：

[1]劉萬順.電力系統故障分析[M].北京：水利水電出版社；1986.