低电阻接地方式的研究及应用

侯聪聪，梁章锋，郭润霖

摘 要：随着国家建设城市化的趋势，大部分大中型城市受城区场地、美化和环保等因素的要求，10kV架空线路不断下地，电缆线路的比重逐年上升。新建10kV城市配电网大量采用以电力电缆为主、架空线路为辅的电网结构，使对地电容电流大大增加。经消弧线圈接地具有以下问题：第一，经济性差：随着电容电流的不断加大，需要更多的消弧线圈以提供更多的补偿容量；第二，技术不可靠：消弧线圈太多导致对分接头的及时调整有困难，而且若电容电流计算值或测量值不准确，接地时易出现谐振过电压。所以10kV配电网改用中性点经低电阻接地的方式运行。文章通过对消弧线圈接地方式和低电阻接地方式对比研究，结合北京市朝阳区多个110kV变电站低电阻接地改造工程，提出城市配电网低电阻接地运行方式的正确性，并对低电阻的阻值和接地变压器容量的计算进行说明。

关键词：城市配电网；变电站；低电阻；接地方式；优势

中图分类号：TM86 文献标志码：A 文章编号：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配電网多使用经消弧线圈或中性点不接地的方式运行。大部分线路多以架空方式架设，所以电容电流较小，因而这两种接地方式能够满足当时供电的要求。

在2014年12月1日实施的国家标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）第3.1.4条规定：“6kV-35kV主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电厂集电系统和除矿井的工业企业供电系统，当单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点低电阻接地方式。变压器中性点电阻器的电阻，在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下宜选较大值”[2]

1 城市配电网低电阻接地方式优势分析

1.1 以电缆线路为主的城市配电网特点

近年来，随着我国大中型城市规模的不断扩张，城市配电网10kV出线中电缆线路所占的比重越来越大，电网运行中存在以下特征：

（1）当发生电缆线路单相接地时，对地的电容电流很大。

（2）电缆线路运行时不易受外界影响，发生瞬时性接地故障的可能性很小，但是如果发生故障，一般多为永久性故障。

（3）当发生单相接地故障时，由于电力电缆的绝缘程度小，非故障相电压升高到线电压，易引起绝缘薄弱处多点击穿，造成相间短路。

1.2 消弧线圈接地的问题

消弧线圈在接地故障时，不破坏系统的对称性，提高供电可靠性。但是在城市配电网中，这种接地方式存在以下问题：

（1）理论的和实际的电容电流容易不一致，消弧线圈补偿的可靠性就差。

（2）以电缆线路为主的配电网，使用消弧线圈接地，要达到残余电流小于10A不容易。

（3）电缆线路的增多，致使单相接地时的电容电流增大，需要更大容量的接地变压器，这就增大了投资和占地。

1.3 低电阻接地方式的优势

如果发生单相接地故障，由于中性点接地方式采用的是电阻元件，相比于通过消弧线圈通过故障点的电流较大，继电保护装置可以将迅速切除故障线路，因此该接地方式在城市配电网中的特点和优势有以下几个方面[4]：

（1）其本身固有的阻尼作用，可消除谐振过电压。

（2）系统单相接地故障时的过电压倍数明显降低。

（3）这种接地方式，再结合线路零序保护，使判断出故障线路的准确性更高并可迅速将其切除。

（4）由于中性点电阻对系统正常运行时的中性点位移电压具有强大的抑制作用，所以使得中性点位移电压减小。

（5）在确定接地电阻阻值以后，即便是运行方式发生变化，或者是电网结构变化，只需对继电保护的定值加以调整，都不需要调整接地电阻。

2 变电站低电阻接地方式方案设计

中性点接地电阻阻值的选择：

结合北京市朝阳区三间房、咸宁、小红门等110kV变电站低电阻接地改造工程，改造前均采用消弧线圈接地方式，根据电网规划和实测数据，小红门变电站10kV系统在架空线路入地改造之后总容性电流≈300A。将从下面几个方面考虑电阻阻值的选择：

（1）考虑单相接地故障时限制过电压倍数。

过电压试验及实际运行经验表明，额定通流时间按10s考虑，当电阻的额定电流IR是系统容性电流IC的2倍时，弧光过电压水平降到2.2p.u.；在考虑弧光过电压水平和设备的经济性两方面时，变电站的接地电阻通过电流的能力为：IR=2IC=600A，接地电阻最终计算得RN=■=10.1？赘，可将单相接地故障的弧光过电压水平限制在2.2p.u.范围内，系统过电压的程度得到了限制。

（2）考虑零序继电保护灵敏度。

当10kV配电网某一相发生单相接地故障时，求接地故障电流：

IF=■（1）

式中为故障相电缆的容性电流。由于相比总的容性电流可忽略不计，因此，式（1）可简化为：

IF=■（2）

目前，城市配电网变电站的微机保护都有零序保护功能，线路的零序保护是按躲过本线路的对地电容电流进行整定的，且起动电流比较小，每条线路对地产生的容性电流远远小于单相发生接地故障时的电流，所以能保证高灵敏度的零序保护正常运行。

（3）考虑满足对通讯干扰。

10kV配电网在北京市采用IR=600A，小于有关设计规程规定。经过实测和计算，不会对通信线路造成干扰。

（4）考虑接触电势和跨步电压不超过允许值。

采用小电阻接地系统时，可考虑在塔杆周围土壤或塔杆装设接地极中添加增阻剂。从新闻上和国家电网的统计来看，我国目前还未有因接触电势过高和跨步电压引起人身伤亡的事件。

3 接地变压器容量的计算

按照IEEE-C62.92.3标准[6]的規定，在10s内接地变压器允许过载系数为额定容量的10.5倍。下面就首先计算出10s情况下接地变压器的额定容量。再结合低电阻技术参数，计算接地变压器的额定容量：

S10.5=3U2？准NIR/3（3）

式中变压器额定相电压U2？准N=6.06kV，IR=600A。求得10s短时运行的额定容量为3637kV·A，再将其折算至连续运行时的额定容量SN=S10.5/10.5=346kV·A。考虑裕度，变电站10kV系统选取额定容量为500kV·A（标准容量）的接地变压器可满足系统的要求。

4 结束语

结合笔者对北京市朝阳区多个变电站改造的实际状况，通过对比低电阻接地方式和消弧线圈接地方式的特点，对低电阻接地方式的电阻阻值和接地变容量进行分析。

（1）接地电阻值的选择须从限制弧光过电压、继电保护的灵敏度及人身安全多个角度考虑。

（2）采用低电阻接地后，接地变压器连续运行的额定容量将大大降低，对于改造项目无需另外增加接地变压器，节约成本。

（3）采用低电阻接地后，母线单相接地保护的整定值及动作时间需与各馈线零序保护相配合。

参考文献：

[1]水利电力部，西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：水利电力出版社，1989.

[2]GB/T 50064-2014.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].北京：中国计划出版社.

[3]GB50065-2011.交流电气装置的接地设计规范[S].北京：中国计划出版社.

[4]李有铖，廖建平.10kV小电阻接地系统运行分析与评价[J].中国电力，2003，36（5）：7-8.

[5]李林，冯勇，郑剑飞.中性点采用两种接地方式的配电网单相接地故障的比较[J].高压电器，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].