城區(qū)10kV配網(wǎng)中性點小電阻接地技術(shù)應用分析

國網(wǎng)湖北省電力有限公司利川市供電公司 趙彥河

目前，在10kV配網(wǎng)中有兩種不同的操作方式：一種是直流接地方式，另一種是不接地。由于接地方式的不同，這兩種系統(tǒng)的運行特點也各不相同。前者在單相接地時，由于短路電流大，不能使單相故障點長時間運行。無接地線或消弧線圈接地，在單相接地時，不會產(chǎn)生大量的接地電流，確保電網(wǎng)電壓均勻，不會影響到用戶的日常用電，因此單相接點可以在系統(tǒng)內(nèi)長時間工作，降低斷電次數(shù)[1]。

1 10kV中性點小電阻的優(yōu)勢

中性點小電阻接地是一種接地系統(tǒng)，其包括一個接地和一個小的電阻。10kV主變?yōu)槿鞘脚渚€，對地變的供電要求較高。在選擇接地變壓器的容量時，要根據(jù)接地變壓器的中線位置來確定合適的接地電阻。接地變時，三相鐵心的每一個核心線圈都被平均分為兩個部分，即兩個線圈的極性相反，三相線圈為Z型，其主要特點是變電站的接地電阻、接地電阻、零序變壓器（部分還配有接地電阻）。

一是10kV的小電阻式中性點能實時調(diào)節(jié)電壓。在電網(wǎng)中，5次諧波的總?cè)萘繛?%～15%，50Hz時，對接觸點的諧波電流有5%～15%的影響，低于這個數(shù)值就會失效。而采用低阻接地方式，能保持電網(wǎng)的諧波電流，確保系統(tǒng)正常工作。

二是快速消除安全隱患。在配電網(wǎng)中，當發(fā)生不穩(wěn)定的接地電流，或是發(fā)生短路等情況時，小電阻系統(tǒng)會自動進行保護，將故障線路切斷，這樣既能避免單相接地造成的人身傷害，又能讓電力部門的工作人員在最短的時間內(nèi)，及時發(fā)現(xiàn)線路的問題，并在最短的時間內(nèi)恢復供電[2]。

三是增加供電可靠性。目前，國內(nèi)的電力電纜多為銅芯、鋁芯線，接地時因接地電流過大，電弧不易熄滅，不易徹底清除。在單相接地時，通過消弧線圈接地是一種小電流接地方式，在單相接地永久失效后，很難發(fā)現(xiàn)其接地，而在單相接地時，通常會采用牽引力接地。在試驗過程中，若不能發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的路徑，將會導致電弧難以熄滅，并極易發(fā)生電路之間的短路。而采用低電阻接地，可迅速、準確地斷開故障，從而提高供電的可靠性[3]。

2 中性點經(jīng)小電阻接地方式在運行中體現(xiàn)的特點

一是中性點接地電阻是一種耗能裝置，當發(fā)生單相接地故障時，會產(chǎn)生較大的電流，使故障線路迅速斷開，使裝置的耐壓時間大大減少，從而實現(xiàn)對設備的絕緣，提高系統(tǒng)的運行可靠性[4]。

二是通過零序保護，可以快速準確地判斷出故障的線路，避免由于拉合引起的過電壓，使得非故障線路不能正常運行。

三是在系統(tǒng)接地失效時，由于中間點是用一個較小的電阻接地，所以性點電位通常比相位低，所以無故障相的電壓升高比不接地或用消弧線圈接地的方式要低。

四是在斷路處的接地電弧熄滅后，剩余的電荷通過中線電阻被釋放出來，再次出現(xiàn)一次燃弧，其過電壓值和一般單相接地故障時的電壓是一樣的，而且不會因為燃弧、熄弧而導致過高的電壓[5]。

五是在出現(xiàn)故障時，可以迅速斷電，降低人身安全事故的概率。如肇慶市區(qū)10kV線路的中性點接點通常是用消弧線圈接地，隨著電力電纜的使用率不斷提高，在中性點采用低電阻接地方式的可行性分析是十分必要的。因為接近半數(shù)的電纜是永久的，所以可以不投入重合閘，而采用零序保護，使其直接斷開；對電纜溝中多條線路不規(guī)范的現(xiàn)象進行了分析，發(fā)現(xiàn)在單相接地失效時，拉合閘將會引起更大的事故。采用點小阻接地的方法，在不影響鄰近線路的情況下，迅速地將故障相切斷。

3 10kV配網(wǎng)中性點小電阻接地技術(shù)存在的問題

一是目前隨著城市配電網(wǎng)絡的線纜化程度不斷提高，在配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障后，通信品質(zhì)下降，線路短路無法及時熄滅，只有通過斷開供電才能實現(xiàn)；但在工程實踐中，由于電纜長度的不確定性，使得在設計時難以準確地計算出有關(guān)的參數(shù)，造成了計算結(jié)果的偏差，從而影響了現(xiàn)場的工作。

二是目前由于缺少技術(shù)手段，從而將其用于單相接地故障。當單相接地故障時，由于電弧燃燒引起的過電壓，將導致電氣設備的絕緣材料、開關(guān)柜、電纜絕緣被擊穿、漏電等，會導致人體觸電，因為電網(wǎng)不能自動調(diào)整，一旦停電，觸電人員就會失去自救能力，長期處于泄漏狀態(tài)，很難避免人員受傷。

4 10kV配網(wǎng)中性點小電阻接地技術(shù)應用

4.1 案例分析

國網(wǎng)江西省供電公司在江西經(jīng)濟迅速發(fā)展的背景下，配網(wǎng)發(fā)展迅速，配網(wǎng)規(guī)模不斷擴大。截至2010年年末，該公司620kV輸電線路全長148658.1673km，增長3.13%；配變?nèi)萘?2197.625 MVA，同比增加2634.9253MVA、增長13.47%；開關(guān)29091臺，同比增長2379MVA，增長8.91%；0.4kV線路長度254226.75km，增長3.62%。其中，6～20kV的城市配電網(wǎng)總長度7468.0848km，比上年增長9.47%；配變?nèi)萘?973.071MVA，比上年增加588.085MVA，增幅10.92%；接通7725部，較上年增加700部，增幅9.96%。見表1。全市6～20kV的市配變開關(guān)站102個，較上年同期增長7個；851個環(huán)網(wǎng)柜，較上年同期增長80個；配電室682個，比上年增長63個，包括1042個配變，655.701MVA；箱變5332個，比上年增長681個，其中5376個，容量2813.04MV。

表1 配網(wǎng)規(guī)?；厩闆r

一是降低電壓。當IR增大時，系統(tǒng)內(nèi)的過電壓等級下降（IR表示在單相接地故障時，通過中線電阻的額定電流）。但在IR＞4IC時，其過電壓的下降效果已經(jīng)不顯著，而且其經(jīng)濟投入也相對增加。所以，從減少系統(tǒng)內(nèi)的過電壓等級和兩個分母線并聯(lián)時共用一個中性點電阻，選擇IR≈KX2X2IC（每個母線的電容值大約50A），K是從1～1.5的范圍內(nèi)考慮到了系統(tǒng)的發(fā)展。所以，在單相接地故障時，通過中線電阻的額定電流是400A。

二是加強繼電的靈敏度。若接地過阻小，則會使繼電的靈敏度下降，故應考慮對繼電的敏感。較高的電阻會使流經(jīng)電阻的電流變得更低，同時對繼電的輸出也會更好。在常規(guī)供電條件下，單相接地故障電流要比各線路的接地電容大得多，通?？梢赃_到零序保護的靈敏度要求。所以，在進行大電流時，必須充分考慮兩者的影響。

三是提高通信質(zhì)量。根據(jù)國家有關(guān)法規(guī)，在沒有安裝放電間隔的情況下，安全隱患電壓不能超過430V，高可靠線路不能超過630V。所以，從這個角度來看，在保證通信品質(zhì)的前提下，必須將電流的流經(jīng)電阻控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，而不能使電流過大。在發(fā)展城市配電網(wǎng)絡時，應根據(jù)當?shù)氐陌l(fā)展狀況和人口的經(jīng)濟密度，選用適當?shù)碾娮琛?/p>

四是保障人身安全。通過接地的電流越多，發(fā)生故障的可能性也就越大，所以在設置接地電阻時應盡量減小，避免產(chǎn)生跨越電壓，使其電位超出規(guī)范的范圍。按照國家有關(guān)法規(guī)，將跨階電壓和接觸電位設定為1000A，所以選用400A的電阻值不會對人體造成傷害。按照有關(guān)法規(guī)，在10A以上的故障電流下，要及時將其切斷，使其無法繼續(xù)工作。所以，在設計電阻限額的時候，必須考慮到線路的承受力和電壓，才能降低出現(xiàn)故障的概率。

五是研發(fā)新技術(shù)。當前，我國配電網(wǎng)絡多中性點接地技術(shù)還存在許多缺陷，迫切需要對多中性點接地技術(shù)進行研究，為適應我國城市電網(wǎng)發(fā)展的需要，不僅要滿足小型化、實用性和安全性的需要，還要滿足相應的電力產(chǎn)品的需要。近年來，隨著電力系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，部分10kV配電網(wǎng)絡的改造已全部實現(xiàn)了自動化，部分設備已具備了遠程監(jiān)測功能。相信在將來，隨著技術(shù)的發(fā)展，這一問題將會被完全地解決。

4.2 中性點電阻選擇

10kV變電站采用單相母線分段配線，經(jīng)過測試，10kV I、II段母線的電容值均在35A左右，考慮到即將有較大的客戶接入，電容值都在50A左右。在一次主變壓器維修、一次主變壓器全負荷及未來發(fā)展的情況下，暫定采用單相接地電容電流100A進行接地電阻的選取與校核。

在IC=100A時，在不接地的情況下，選用小電流選線設備或零序電流的選線靈敏度完全沒有問題。但是，由于單相接地故障有向三相、三相發(fā)展的趨勢，因此在綜合考慮單相接地電容對設備性能的影響的基礎上，結(jié)合電廠的實際工作，選用中性點經(jīng)小電阻接地方式較為適宜。

在I=100A時，該10kV配電網(wǎng)絡中的中性點接地電阻選擇15Ω，也就是當所述單相接地故障時，通過所述電阻的額定電流IC=400A，所述選擇根據(jù)如下。

4.2.1 從降低配電網(wǎng)過電壓水平考慮

當IR增大時，系統(tǒng)內(nèi)的過電壓等級下降（IR是在單相接地故障時通過中性點電阻器的額定電流）。但在IR＞4IC時，其過電壓的下降效果不顯著，而且其經(jīng)濟投入也相對增加。所以，從減少系統(tǒng)內(nèi)的過電壓等級和兩個分母線并聯(lián)時共用一個中性點電阻，選擇IR=K×2×2Ic（每個母線的電容電流大約50A），K是從1～1.5的范圍內(nèi)考慮到了系統(tǒng)的發(fā)展。所以，在單相接地故障時，通過中線電阻的額定電流是400A。

4.2.2 從保護整定考慮

在10kV配電網(wǎng)絡中，有一條線路出現(xiàn)了單相接地故障，其接地故障電流的理論值，i是故障線路自身的電容電流，相對于整體系統(tǒng)的整體電容值來說，可以忽略不計。因此，（理論值），因為中性點電壓、接地點過渡電阻等原因，接地故障電流通常不會超過412A。

為了提高繼電器的靈敏度，可以采用較低的阻抗，使經(jīng)過電阻的電流增大，從而提高了輸出的功率。在零序保護中，單相接地引起的短路電流要比接地電容大得多。由于接地過渡電阻的存在，會對保護的靈敏度產(chǎn)生一定的影響。在選擇15Ω阻值的基礎上，結(jié)合江蘇地區(qū)的實際情況，發(fā)現(xiàn)在過渡電阻較小的情況下，其保護靈敏度基本無問題，而對繼電保護設備的選線精度可達100%。從靈敏度、接線電阻等方面的分析可知，400A的保護電阻可以達到靈敏度的要求。

4.2.3 考慮對通信的影響

從減少通信干擾的角度出發(fā)，對流經(jīng)電阻的電流不能選擇太大。我國“四項規(guī)范”均明確，若通信電纜與地面之間沒有設置放電間隔，則其危害電壓應為430V，高可靠線路為630V。

4.2.4 從人身安全考慮

中線接地電阻的額定電流愈低愈好。由于中性點經(jīng)電阻接地模式在單相接地故障時，由于接地故障點的接地短路電流較大，使故障點地電位上升，從而產(chǎn)生跨步電壓，使接觸電位超出容許范圍。通過實測和使用發(fā)現(xiàn)即使采用1000A的電阻電流，測量的跨步電壓、接觸電勢都沒有超出國家規(guī)定的范圍。因此，選擇400A額定電流的電阻器，不會對人身安全造成危害。

希望電力行業(yè)在發(fā)展通信業(yè)務的同時，能根據(jù)本地的經(jīng)濟、社會狀況、地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，因地制宜，選擇合適的電網(wǎng)中性點接地方式，既可以提高供電的運行效率，又可以提高經(jīng)濟效益。配電網(wǎng)中的中性點小電阻接地可較好解決不接地和經(jīng)消弧線圈的接地問題，從而提高電網(wǎng)的供電可靠性，確保電力設備的安全。