20kV小电阻接地成套装置的参数选择

摘 要：在城市电网里面，电缆已经被越来越多的用作输电线路。这种电网通常有比较大的系统电容电流，又因使用了耐压标准不高的电缆，不允许单相接地后长时间运行。通过小电阻接地的运用，在系统发生单相接地之后，马上切除故障线路，不但促使继电保护装置能正确地检测切除故障回路，还让接地故障时的内部过电压值变小了。

关键词：20千伏；接地装置；小电阻；参数选择

1 经消弧线圈和经小电阻两种接地方式的比较

主要针对经消弧线圈与经小电阻两种接地方式的电网运行特征做出对比。在文章中，所有的“前者”都象征着经自动补偿消弧线圈接地，所有的“后者”都象征着经小电阻接地。

首先是过电压水平。发生单相接地故障时，前者继续运行，非故障相对地电压升高为线电压；而后者经过小电阻接地，非故障相电压处在相电压与线电压之间，过电压比前者小。

其次就是供电的连续性、可靠性和故障范围。在电网出现了永久性接地故障时，前者把接地故障电流减少至残流值以后，永久性故障进行了跳闸检修，瞬时性接地故障可以逐渐地消失，有时可带故障运行若干小时，其主要由于接地电容电流受到了补偿，单相接地故障将变成不了相间故障；后者由于属于低电阻接地的电网，具有不低的接地点电流，零序保护要是没有定时的动作，会让接地点与其周围的绝缘遭受不同程度的危害，造成相间故障不断出现，从而使永久性及非永久性的单相接地线路的跳闸次数均明显增加。

最后就是对通信与信号系统的干扰。在电力系统里面出现单相接地故障的情况下，产生的零序电流与电压属于强大的干扰源。在经消弧线圈接地的小电流接地系统中，它属于静电感应；在经小电阻接地的大电流接地系统中，其属于电磁感应。消弧线圈接地能明显地减少通信与信号系统的干扰，此种优势非常可观，要是出现了单相接地故障，感应回路中的电流于里面的分布均受到制约，与接地没有关联。而中性点经小电阻接地就通信与信号系统的干扰来说属于不完美的接地方式。

2 小电阻接地装置的概念

若20kV系统为中性点不接地系统，当系统出现单相接地故障时，在不发生谐振过电压的情况下，健全相的电压将从相电压升高到线电压（1.73倍），而且这种运行方式允许持续2小时。但是，这样的不接地系统的存在是有条件的。那就是只适合于单纯由架空线路组成的电网，且其电容电流必须小于10A。问题是随着电网建设的发展，不可能有单纯的架空线路电网存在，而是电缆线路将越来越多，相应的电容电流也远远不止10A。当20kV系统发生单相接地故障时，往往因比较大的电容电流而产生谐振过电压。而谐振过电压的倍数常常可能达到3倍以上，这就严重威胁了设备的安全。所以人们一直在设法降低产生谐振过电压的条件，从而降低过电压的倍数，以确保运行设备的安全。简而言之，20kV系统可以作为中性点不接地系统而存在，但那是要有条件的，而这种条件伴随着电网的扩大和现代化已不复存在。因此，人们需要寻找一种人工的中性点接地装置，以降低谐振过电压对运行设备的危害。

2.1 消弧线圈接地装置

通常，消弧线圈的作用目标仅是把单相接地电容电流补偿到10A以下而已。自动跟踪补偿程度好的设备，当然可以解决问题。但如果补偿得不好，系统电容电流仍可能大于10A。而且，靠消弧线圈补偿实际上只能起到熄灭电弧（人们通常所说的弧光短路时的电弧）的作用，而不能抑止因弧光短路所引起的过电压倍数。如果系统瞬时故障较多，那么这种装置还是不错的选择。但如果系统中谐波分量较高的话，消弧线圈装置就不起作用。因为谐波分量越高，电容电流就越大，甚至可能达到几百安。电容电流的大小除了和电容量成正比外，还和频率成正比，在系统的电容一定的条件下，当然其频率越高，电容电流就越大，而所谓的谐波分量，至少是三次、五次、七次等，那当然频率很高，所以电容电流就相当大。由于系统中谐波分量的存在，可使电容电流达到几百安培之多，当出线因单相接地而造成暂态过电压时，消弧线圈却是起不到作用的。（因为暂态过电压属于高频电压，而电感线圈对高频相当于是开路。）此外，当系统电容电流很大（例如，100A以上到200A）时，消弧线圈很难达到理想的脱谐度而造成谐振的发生。还有，使用消弧线圈之后，相对不接地系统来说，选线更难。

2.2 小电阻接地装置

这种接地装置的好处是过电压程度低，对设备安全有利。但美中不足的是故障电流大。关于小电阻接地装置的几个问题如下：

对于过电压倍数：若Ir=Ic，过电压倍数为2.6Pu（Pu-最高相电压的峰值，）

若Ir=2Ic，则过电压倍数为2.3Pu，

若Ir=4Ic，则过电压倍数为2.0Pu

结论：流经小电阻的阻性电流越大，过电压倍数就越低。

对于保护精度：Ir越大，则故障电流就越大，保护的灵敏度越高。

所以，从过电压倍数和保护精度来看，都希望流经小电阻的阻性电流要大。

3 如何选择接地变的容量和小电阻接地成套装置中的电阻值

3.1 如何选择接地变的容量

若根据计算或统计，系统的电容电流为150A左右，那么为了使过电压倍数不要大于2倍的Pu值，通常按4倍系统电容电流来确定流经小电阻的阻性电流，即IR=600A，施加在小电阻上的电压为相电压，即21/=12kV，则故障时段接地变容量为S=Ir×U=600×12=7200kVA。而按IEC标准，变压器10s的过负荷倍数为10.5倍（在10s过负荷时间内，继电保护肯定已动作切除故障了，也就是说，变压器过负荷时间肯定小于10s），这样：

接地变的额定容量S=7200/10.5≈690kVA

若按产品系列来选择，则Sjdb=800kVA

3.2 如何选择接地电阻

接地电阻值R=U相/Ir=12000V/600A=20Ω

通常我们就选择为20Ω

因此，若选择R=40Ω，那么流经小电阻的阻性电流只能是12000/40=300A，若要保证流经小电阻的阻性电流是系统电容电流的4倍，那么，系统电容电流只能是75A，这和设计当初的预设条件是不符的。

4 如何估算系统电容电流

对于20kV电缆线路的电容电流：

式中：Ic-20kV电缆线路的电容电流，（A/km）；S-电缆截面，（mm2）；U线-额定线电压，（kV）

根据上式可以计算出各种截面的20kV电缆线路的电容电流如下数据所示：

20kV电缆线路的电容电流

电缆截面（mm2） 120 150 185 240 300

电容电流（A/km） 2.25 2.92 3.38 4.1 4.88

对于20kV架空线路的电容电流：

Ic=0.05A/km

可以按照所掌握的线路资料利用上面的数据来估算系统的电容电流，然后再按四倍大小来确定流经小电阻的阻性电流IR。

5 结束语

总之，小电阻接地的运用，不但促使继电保护装置能正确地检测切除故障回路，还让系统参数得到了优化，让接地故障时的内部过电压值变小。于是文章重点就如何选择接地变的容量和小电阻接地成套装置中的电阻值，就如何估算系统电容电流进行了研究。

参考文献

[1]干耀生，唐庆华.城市中压配网中性点小电阻接地方式分析[J].电力系统及其自动化学报，2013，3.

作者简介：曹智（1980，4-），男，籍贯：湖北孝感，学历：本科，职称：中级工程师，研究方向：变电一次设计。