浅析低电阻接地装置在10kV配电网系统中的应用

刘颖

南京国联电力工程设计有限公司 江苏南京 210000

10kV配电网接地方式的选择与电力系统安全、可靠运行及经济性密切相关，是城市电网建设中需密切关注的问题。随着我国的经济发展，大部分地区城市10kV配电网多采用手拉手供电、多电源供电，电缆线路长度会逐渐增多，将逐步取代架空线路。电缆线路接地电容电流大，发生单相接地的概率要小，但是发生故障后会转变为永久性故障，将严重威胁电网的安全、稳定运行。根据GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地（经消弧线圈接地）方式。

1 10kV配电网系统中性点不接地及谐振接地方式

中性点不接地系统可在单相接地故障发生后继续运行2h。此时负荷所承受的三相线电压仍旧对称，且故障点的电流较小，保护装置不必立刻动作于跳闸。此种接地方式供电可靠性高，但会出现铁磁谐振过电压、操作过电压、中性点偏移等问题。中性点谐振接地（经消弧线圈接地）系统发生单相接地短路故障时，同样具备带故障继续运行2h的优势。同时在消弧线圈投入之后，接地电容电流可以迅速减小，当故障点残余电流降至10A以下时，可使故障点电弧不易复燃，从而防止事故扩大。此系统发生单相接地短路故障时同样具备继续运行2小时的条件。但消弧线圈在运行方面也有以下弊端：不能消除5次谐波、弧光过电压及切除单相及两相接地故障时的过电压，当故障发生后若不及时处理或处理时间过长易引发相间短路，从而扩大事故范围，另外选线装置的合格率达不到100%，中性点存在电位偏移和虚假接地的现象。

2 10kV配电网系统中性点经电阻接地

中性点电阻接地系统又可分为中性点经低电阻、高电阻接地。单相接地故障电流大于100A而小于1000A的为低电阻接地，小于10A的为高电阻接地方式。中性点经高电阻接地运行方式可以降低弧光接地过电压、铁磁谐振过电压和断线过电压倍数，最大的特点是发生单相接地后可以继续运行2h，但此种接地方式在使用范围方面存在局限性，本文不再详细赘述。

2.1 中性点经低电阻接地的运行分析

中性点经低电阻接地方式，发生单相接地故障后会产生间歇性弧光过电压，电阻器可以为放电电磁能量提供通路，能量得到泄放后，电网中性点电位可有效得到降低，同时也可减慢故障相恢复电压的上升速度，电弧再点燃的概率大大降低，电网的过电压幅值得到抑制，选择性接地保护得以实现。在继电保护方面，单相接地故障发生后，保护会瞬间跳闸。据上海供电公司接地试验检测，5次谐波电流最高可占接地电容电流中基波分量的15%，这部分电流会加速绝缘的损坏，并使故障发展为相间短路。低电阻可消除弧光接地过电压中的5次谐波，减少了故障范围扩大的可能性，降低了火灾发生概率。据调查，某地区与中性点不接地或中性点谐振接地方式相比，故障次数减少了23%，使运行维护更为便利。在电气设备选择方面，低电阻接地后，电阻起到阻尼谐振作用，可以稳定中性点电位，避免产生谐振过电压。由于过电压水平低，可采用绝缘水平较低的电缆和电气设备，可降低设备成本，减少项目投资。同时可以减缓设备绝缘老化的速度，延长使用寿命。在人身安全方面，由于发生单相接地故障后，即使施工过程中电缆被破坏，故障点与电缆外金属护套发生短路，保护可以立即动作于跳闸，避免发生人身触电事故，极少降低了人身受伤害的可能性[1]。据了解，某地区以中性点经低电阻接地方式运行以来未发生过人身伤亡事故，可以快速切除故障是避免发生人身安全事故的重要措施。

近年来，10kV配电网低电阻接地方式已在上海、北京、南京、苏州及沿海等地区的电网中得到使用。据调查了解到，某地区10kV配电网改造前多次发生10kV开关柜、母线绝缘子烧坏的事故，最严重的一次事故发生于110kV变电站，10kV母线短路造成主变压器损坏。此变电站10kV接地方式改造为经小电阻接地后，再未发生过设备烧坏的事故。

2.2 中性点低电阻接地装置的设备参数选择

以张家港地区110kV白鹿变电站为例做如下分析计算：

张家港110kV白鹿变位于杨舍镇，为周围工矿企业和居民区供电。根据供电公司运维站提供的资料，110kV白鹿变有2套接地变、消弧线圈成套装置分别安装于10kV I、Ⅲ段母线，于2006年和2008年投运，10kV #1、#2接地变消弧线圈装置容量均为1100/1000kVA，最大补偿电流为165A；目前10kV I段母线系统电容电流已达到153A，10kV II、III段母线系统电容电流已分别达到151.7A，2台消弧线圈均接近欠补偿。随着白鹿变供电区域经济发展，用电负荷还会逐步增加，电容电流也将随之增长，现有两组消弧线圈容量不能满足电网发展需求，依据江苏省电力公司企业标准《中压系统中性点接地方式选用技术导则》（Q/GDW-10-375-2008）第4.3条a）款： 变电站每段母线单相接地故障电容电流大于100A（35kV系统为50A）时，宜采用小电阻接地方式。

10kV接地变、小电阻成套装置选择：

依据江苏省电力公司《中压系统中性点接地方式选用技术导则》（Q/GDW-10-375-2008）第5.2条，单相接地短路电流取600A，则小电阻阻值为：

（2）接地变容量计算：根据《导体和电器选择技术规定》：接地变压器短时容量：SN≥Pr=3819kW；接地变过载时间按10s考虑，经查IEE E-C62.92.3标准，10s允许过载系数为10.5。接地变容量为接地变容量选用400kVA。

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3 结语

随着城市电网结构的加强，对用户的供电可靠性已不再依靠允许电网带故障运行2h来实现此保障。采用传统的中性点接地方式难以满足现代电网的运行要求。随着10kV配电网系统中性点经低电阻接地方式的运行经验越来越丰富，产品越来越成熟，中性点经低电阻接地的应用将会成为以后配电网发展的趋势。