城市新區(qū)中壓配電網(wǎng)接地方式的研究

李菁菁++付豫

摘 要：城市新區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、負(fù)荷需求大，絕大多數(shù)中壓配電網(wǎng)采用電纜網(wǎng)架，電容電流過高制約著運(yùn)行的安全可靠性。本文通過分析國(guó)內(nèi)外接地方式的應(yīng)用情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，論證不同條件下應(yīng)采用的接地方式，并針對(duì)低電阻接地的特點(diǎn)提出相應(yīng)的技術(shù)原則。

關(guān)鍵詞：中壓配電網(wǎng)；電容電流；低電阻接地

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.中壓配電網(wǎng)接地方式

1.1 接地方式的類型

電力網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的問題，它與電壓等級(jí)、單相接地短路電流、過電壓水平、保護(hù)配置等有關(guān)，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性。中壓配電網(wǎng)接地方式主要分為中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式和中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式。（1）中性點(diǎn)不接地方式。中性點(diǎn)不接地方式供電連續(xù)性好，單相故障時(shí)允許帶電故障運(yùn)行兩小時(shí)，線電壓不會(huì)發(fā)生變化。但是，當(dāng)發(fā)生單相故障時(shí)，容易產(chǎn)生較高的弧光間歇接地過電壓，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，需要較高的設(shè)備絕緣水平。此種接地方式已經(jīng)逐漸被淘汰。（2）中性點(diǎn)接消弧線圈接地方式。當(dāng)對(duì)地電容電流超過允許值時(shí)，可采用消弧線圈補(bǔ)償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓。該方式普遍應(yīng)用在6kV～10kV系統(tǒng)中，為了避免線路產(chǎn)生諧振，消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。（3）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式是指在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，中性點(diǎn)與地面直接接入電阻，有效防止諧振導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式分為小電阻、中電阻和高電阻3種。其中，中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式適用于配網(wǎng)自動(dòng)化的電纜網(wǎng)絡(luò)，可以選用低級(jí)的絕緣設(shè)備。

1.2 接地方式的適用條件及對(duì)比分析

（1）消弧線圈接地方式。適用范圍：消弧線圈接地方式適用于架空網(wǎng)架或架空電纜混合網(wǎng)架。接地電容電流在10A～130A范圍內(nèi)適合采用消弧線圈接地方式，接地電流宜控制在10A以內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可帶電運(yùn)行2h，供電連續(xù)性好。缺點(diǎn)：發(fā)生單相接地故障時(shí)電網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行，可能引起絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，從而發(fā)展成相間短路，擴(kuò)大事故范圍。單相電容電流過大，若電流流入接地網(wǎng)，可能造成接地電網(wǎng)電壓升高，危害人身安全。選線難度較大，容易造成正常用戶的停電。（2）低電阻接地方式。適用范圍：低電阻接地方式適用于電纜網(wǎng)架。接地電容電流大于100A適合采用低電阻接地方式。優(yōu)點(diǎn)：有效保護(hù)電力設(shè)備，抑制接地過電壓。能夠快速切除故障線路，不影響其他線路的正常供電。缺點(diǎn)：配網(wǎng)網(wǎng)架不完善，將降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

2.中壓配電網(wǎng)接地方式的應(yīng)用情況

2.1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

在國(guó)外，美國(guó)具有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)好、自動(dòng)化水平和供電可靠性高的優(yōu)勢(shì)。在城市供電系統(tǒng)中，中性點(diǎn)直接接地方式或低電阻接地方式占絕大多數(shù)，其次就是采用經(jīng)消弧線圈接地方式，約占12%。日本11kV～33kV的電網(wǎng)中性點(diǎn)采用經(jīng)電阻接地方式占30.63%，經(jīng)消弧線圈和電抗接地方式占27.9%。英國(guó)主要采用了直接接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式。在歐洲其他主要國(guó)家，例如法國(guó)、西班牙、瑞士等，132kV以下的電網(wǎng)主要也采用經(jīng)消弧線圈接地方式。不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)外配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要采用經(jīng)電阻接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式，如何進(jìn)行選擇主要根據(jù)地區(qū)的不同實(shí)際情況而定。上海地區(qū)以低電阻接地方式為主，計(jì)劃逐步將消弧線圈改為低電阻接地方式。南京市區(qū)個(gè)別電纜線路較多變電站采用的是低電阻接地方式，零序保護(hù)投跳閘，一旦線路發(fā)生單相接地故障，零序保護(hù)動(dòng)作立即跳閘。其余大部分變電站仍采用較為普遍的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，零序保護(hù)退出不用，接地選線裝置動(dòng)作正確率較低。目前，南京地區(qū)一共改造了22個(gè)變電站的低電阻接地方式。廈門島內(nèi)電纜化率已達(dá)到90%以上，一旦發(fā)生接地故障電容電流非常大，所以廈門島內(nèi)變電站均采用了中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的方式，零序保護(hù)投跳閘，一旦發(fā)生接地故障，線路立刻跳閘，減少對(duì)設(shè)備的危害。廈門島外采取了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式，零序保護(hù)投信號(hào)并安裝有接地選線裝置。接地選線裝置的正確率基本在50%以下。

2.2 現(xiàn)狀接地方式及存在的問題

以鄭州地區(qū)為例，鄭州中壓配電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。由于城市化建設(shè)的快速發(fā)展，鄭州城區(qū)大部分中壓架空線路已逐漸改造為電纜線路，新建配電網(wǎng)均以電纜線路為主。在電網(wǎng)建設(shè)初期，變電站布點(diǎn)有限，中壓配電網(wǎng)供電距離較長(zhǎng)，同時(shí)，受敷設(shè)方式的影響，電纜載流量受到制約，部分變電站出口線路采用并板的方式，致使變電站對(duì)地電容電流過高。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，裝在電網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償方式，以防止運(yùn)行方式改變時(shí)，電容電流減少，使消弧線圈處于諧振點(diǎn)運(yùn)行，過補(bǔ)償系數(shù)取1.35。國(guó)網(wǎng)公司通用設(shè)備及物資系統(tǒng)中，消弧線圈最大容量為1000kVA，所補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏鞑粦?yīng)超過128A。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，會(huì)展變、融城變、萊茵變、翱翔變、河蘆變、印象變的電容電流均超過128A。也就是說，上述變電站配置1000kVA的消弧線圈，會(huì)出現(xiàn)全補(bǔ)償，甚至是欠補(bǔ)償方式。當(dāng)變電站的消弧線圈發(fā)生欠補(bǔ)償時(shí)，電容電流過大，接地點(diǎn)的電弧不能自行熄滅，可能直接引起火災(zāi)，甚至引燃可燃?xì)怏w、煤塵等造成爆炸。當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過電壓，可達(dá)相電壓的3～5倍，且持續(xù)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的絕緣都有很大危害。同時(shí)，單相電容電流過大，使接地點(diǎn)熱效應(yīng)增大，對(duì)電纜等設(shè)備造成熱破壞，若電流流入接地網(wǎng)，可能造成接地電網(wǎng)電壓升高，危害人身安全。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)小電流接地選線準(zhǔn)確率低，錯(cuò)選概率較大，容易造成線路誤跳，影響小電流接地的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。

3.低電阻接地方式的技術(shù)原則

3.1 適用范圍

電容電流超過100A～150A以上，以電纜網(wǎng)為主時(shí)，宜采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。同一規(guī)劃區(qū)域內(nèi)宜采用相同的中性點(diǎn)接地方式，以利于負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

3.2 基本原則

（1）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式的設(shè)備絕緣水平應(yīng)大于2.5p.u。（2）采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式時(shí)，單相接地故障電流應(yīng)控制在1000A以下。（3）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)阻值不宜超過10Ω，使零序保護(hù)具有足夠的靈敏度。（4）低電阻接地系統(tǒng)必須且只能有一個(gè)中性點(diǎn)低電阻接地運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)失去接地變壓器或中性點(diǎn)電阻；當(dāng)接地變壓器或中性點(diǎn)電阻失去時(shí)，主變壓器的同級(jí)斷路器應(yīng)同時(shí)斷開。（5）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式可與配電自動(dòng)化同步實(shí)施，確保電網(wǎng)供電可靠性。若條件限制無法實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，可通過配置自投開關(guān)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷之間的快速互導(dǎo)。（6）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式應(yīng)配置零序保護(hù)，保護(hù)方式及定值的選擇應(yīng)滿足高電阻接地和金屬性接地可靠動(dòng)作的要求，電纜線路還需校核區(qū)外接地故障不誤動(dòng)。（7）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)與消弧線圈接地系統(tǒng)的線路原則上不允許聯(lián)絡(luò)、相互倒帶，如果交界線路確實(shí)需要在應(yīng)急情況下進(jìn)行臨時(shí)負(fù)荷倒帶的，相關(guān)變電站及線路（含用戶）的設(shè)備應(yīng)采用消弧線圈接地系統(tǒng)絕緣水平。（8）接入中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式的用戶應(yīng)配置零序保護(hù)，設(shè)置一段定時(shí)限零序過電流保護(hù)，電流定值按與上級(jí)配合整定，時(shí)間0秒。（9）盡量避免現(xiàn)狀架空線路改接進(jìn)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，若條件限制無法實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)時(shí)，架空線路及附屬設(shè)備應(yīng)實(shí)施全絕緣化，并采取防雷措施，降低單相接地故障幾率。

4.運(yùn)行中可能存在的問題及建議

4.1 可靠性

低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，必須快速切除故障，因此在電網(wǎng)建設(shè)初期，電網(wǎng)可靠性將會(huì)有所下降。為了避免切除故障對(duì)電網(wǎng)持續(xù)供電造成影響，建議如下：（1）電網(wǎng)建設(shè)初期必需形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開閉所內(nèi)配置分段開關(guān)，保證檢修狀況下的N-1運(yùn)行方式。（2）為了實(shí)現(xiàn)線路之間的互導(dǎo)能力，每回線路負(fù)載率不應(yīng)超過50%。（3）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)可采用并倒方式，但不允許長(zhǎng)期并列運(yùn)行。（4）低電阻接地系統(tǒng)不宜與消弧線圈接地系統(tǒng)存在中低壓配電網(wǎng)之間的電氣聯(lián)系，若確實(shí)需要在應(yīng)急情況下進(jìn)行臨時(shí)負(fù)荷倒帶，相關(guān)變電站及線路（含用戶）的設(shè)備應(yīng)采用消弧線圈接地系統(tǒng)絕緣水平。

4.2 故障搶修效率

采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，將快速切除故障點(diǎn)，因此，快速搶修故障線路，恢復(fù)故障線路運(yùn)行顯得至關(guān)重要。建議在鄭東新區(qū)核心區(qū)設(shè)立配電檢修點(diǎn)，縮短故障搶修時(shí)間，提高故障搶修效率。

參考文獻(xiàn)

[1]劉明巖.配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（16）：86-89.