低电阻接地装置在10kV配电网系统中的应用分析

魏 程

（中海石油宁波大榭石化）

0 引言

10kV配电网系统接地方式的选择需要考虑众多因素，如电力系统的运行安全性、可靠性等。作为城市电网建设的重要组成部分，很多城市建设的10kV配电网主要是以手拉手供电和多电源供电为主，但这会延长电缆线路的长度。电缆线路具有较大的接地电容电流，一般不会出现单相接地，但一旦发生故障，将会成为永久性故障，危及电网正常运行。为此，按照GB／T 50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，中性点非有效接地方式有四种，即中性点不接地、中性点低电阻接地、中性点高电阻接地、中性点谐振接地。本文主要围绕低电阻接地装置在10kV配电网系统中的应用展开分析。

1 低电阻接地装置

1.1 低电阻接地装置优势

对比中性点非有效接地的四种方式，总结低电阻接地的应用优势如下：第一，投入使用后，可以有效降低单相接地工频过电压和弧光接地过电压倍数，并对谐振过电压发生条件造成破坏，使PT谐振过电压、部分断线谐振过电压得到消除［1］。如果系统出现单相接地现象，那么接地相的对地电压相对较低，发生金属性接地，对地电压会下降为零，其余两相对地电压则会有略微增加。第二，通过低电阻接地装置，可以降低触电事故发生率。因为接地点对地电压非常低，接地点附近跨步电压也是如此，这便不会因接地点而危及行人的人身安全。第三，如果出现单相接地故障，通过低电阻接地装置可以迅速做出判断，确定故障线路后切断，有效缩短了设备经受过电压的时间，保护了系统设备的绝缘水平［2］。第四，中性点经电阻接地，在配网系统内部，如果中性点电阻值小，那么在接地电弧熄弧之后零序残荷通路泄放，后续燃弧的过电压幅值与正常状态下发生单相接地故障的情况一致。第五，低电阻接地装置利用继电保护快速跳开故障线路，不需要人工查找故障线路并予以切除。

1.2 低电阻接地保护要求与参数

1.2.1 配置要求

中性点经过低电阻接地，配合保护配置后缩小因故障造成的停电范围。发生单相故障后，将会增加故障电流，同时形成零序电流，所以建议保护配置新增零序保护。除此之外，在配置方面还需注意以下要求：

第一，线路方面，单相接地保护建议选择零序电流互感器，或者能反映工频电流值的零序电流接地保护。第二，在零序动作定值整定过程中，将零序速断控制在0.2s，快速开关的级差选择0.3s或0.5s［3］。第三，与其他10kV馈出线路运行电容电流相比，金属性短路的电流比较大，所以可以保证保护的灵敏度。若经过渡电阻接地，出线回路运行电容电流较大的情况下，可能很难保证灵敏度。电缆线路的单相接地过渡电阻通常较小，这能够有效保证灵敏度。第四，建议将零序CT套于三相电缆单独CT上，以免CT误差、饱和差异形成不平衡电流。第五，因为低电阻接地系统单相接地，对应故障点的电流和保护定值小，很难使用合成法产生零序电流，所以，建议采取电缆外套安装可拆卸CT的方式。安装过程中工作人员需采用电缆接地线穿入方法，详细检查CT二次连片的牢固性。

1.2.2 配置参数

基于上述介绍，低电阻接地装置技术参数见表。

表 低电阻接地装置技术参数

2 低电阻接地装置的应用策略

2.1 对比中性点不接地及谐振接地多种方法

10kV配电网系统中一旦发生单相接地故障，一般可在故障状态下继续运行2h。负荷能够承受三相线电压依然保持对称，故障点电流小，保护装置无需马上跳闸［4］。这种接地方式可以保证供电的稳定性，但是却有可能发生铁磁谐振过电压或操作过电压等现象。中性点谐振接地一旦出现单相接地短路故障，同样可继续运行2h，当应用消弧线圈后，接地电容电流以较快的速度降低，故障点残余电流已经下降至不超过10A，此时故障点电弧再次复燃的可能性低，以免事故的波及范围扩大。除了上述优势，消弧线圈投入运行后也存在诸多弊端，例如无法消除5次谐波，如果发生故障后没有及时处理，或者是处理时间较长，中途很容易发生相间短路。选线装置合格率不达标，会造成中性点电位偏移、虚假接地等现象。为此，在选择中性点不接地及谐振接地方式时，需要经过多方对比，了解每种方式的优缺点。

2.2 合理选择中性点经低电阻的接地方式

选择中性点经低电阻接地方式时，一般会在形成单相接地故障之后，此时会有间歇性弧光过电压产生，电阻器使放电电磁能量有相应的通路，完成能量的泄放，以此来降低电网中性点电位。故障相恢复时电压的提升速度也会相继降低，并且一般不会再发生电弧点燃的现象，有效抑制了电网过电压幅值，完成选择性接地保护。

当出现了单相接地故障后，继电保护将会瞬间跳闸。按照现有接地试验检测数据，发生5次谐波电流，在接地电容电流中基波分量的最高占比可达15%，此部分电流将会加剧绝缘损坏，并且会有相间短路现象发生［5］。此时应用低电阻接地装置，便可以将弧光接地过电压的5次谐波予以消除，避免扩大故障影响范围，也可有效降低发生火灾的概率。将中性点不接地、中性点谐振接地两种方式进行对比，调查发现中性点谐振接地方法的故障次数有效减少23%，为线路或系统的运维提供了便利。

低电阻接地之后，电阻主要起到阻尼谐振的效果，并加强中性点电位稳定性，以免发生谐振过电压。由于过电压水平较低，所以建议采用低绝缘水平的电缆以及电气设备，从而有效节约成本。另外，一旦发生单相接地故障，即便项目电缆遭到破坏，故障点和电缆外金属护套两个部位短路，依然可以马上实施保护动作，保护相关人员的人身安全［6］。

10kV配电网中应用低电阻接地方式（如图所示）在行业内已经十分普遍，而且在北京、上海等地已经投入使用。以某地10kV配电网为例，其未改造时，10kV开关柜和母线绝缘子烧坏等故障频繁发生，甚至曾在110kV变电站发生了10kV母线短路而导致主变压器故障的情况。经过10kV接地方式改造之后，利用低电阻接地装置有效杜绝了设备烧坏等故障。

图 低电阻接地方式

2.3 结合实际设定并调整装置设备参数

对于低电阻接地装置应用于10kV配电网系统，科学地设置参数尤为重要，下面以某项目为例进行分析。该项目为110kV变电站，主要为附近的工矿企业以及居民区提供电力支持。按照辖区范围内供电公司运维站采集的数据显示，110kV变电站接地变装置、消弧线圈成套装置共有两套，并分别在10kVⅠ和Ⅲ段母线上安装，于2016年、2020年投入使用，原参数如下：①10kV 1、2号接地变消弧线圈装置的容量相同，即1100／1000kVA；②最大补偿电流为165A；③10kVⅠ段的母线系统电容电流为155A，10kVⅡ与Ⅲ段的母线系统电容电流是152.3A。经过检查发现，两套消弧线圈已经临近欠补偿限值。随着此变电站供电区域经济水平的提升，今后还会增加用电负荷与电容电流，并且已经有两组消弧线圈容量不符合电网要求。基于此，根据当地电力公司企业标准，要求变电站每段母线单相接地故障的电容电流超过100A，且35kV系统是50A，此时需要采用低电阻接地方式。另外，选择10kV接地变与低电阻成套时，同样需要按照当地电力公司的规范，确定中压系统中性点接地方式，将单相接地短路电流设定为600A，由此计算低电阻阻值。低电阻值计算公式为：

其中，UN是系统线电压；Ur是电阻额定电压；RN是中性点接地电阻值；Id是单相接地电流；Sr是电阻消耗功率。按照《导体和电器选择技术规定》，计算得出各阶段的变压器短时容量为SN≥Pr＝3819kW，接地变过载时间以10s为标准，确定10s过载系数是10.5，则按照公式S＝363kVA，接地变容量确定为400kVA。

3 结束语

综上所述，在10kV配电网系统中运用低电阻接地装置，一方面有利于进一步加强系统运行稳定性，另一方面也可以自动确定故障电路，避免人工操作可能造成的事故，或者因故障而危及工作人员人身安全。未来，在城镇配电网建设与维护中，也需要进一步加大对低电阻接地装置的关注，为维护配电网系统稳定性提供助力。