低電阻接地裝置在10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

魏 程

（中海石油寧波大榭石化）

0 引言

10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)接地方式的選擇需要考慮眾多因素，如電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、可靠性等。作為城市電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，很多城市建設(shè)的10kV配電網(wǎng)主要是以手拉手供電和多電源供電為主，但這會(huì)延長電纜線路的長度。電纜線路具有較大的接地電容電流，一般不會(huì)出現(xiàn)單相接地，但一旦發(fā)生故障，將會(huì)成為永久性故障，危及電網(wǎng)正常運(yùn)行。為此，按照GB／T 50064-2014《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定，中性點(diǎn)非有效接地方式有四種，即中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)低電阻接地、中性點(diǎn)高電阻接地、中性點(diǎn)諧振接地。本文主要圍繞低電阻接地裝置在10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用展開分析。

1 低電阻接地裝置

1.1 低電阻接地裝置優(yōu)勢

對比中性點(diǎn)非有效接地的四種方式，總結(jié)低電阻接地的應(yīng)用優(yōu)勢如下：第一，投入使用后，可以有效降低單相接地工頻過電壓和弧光接地過電壓倍數(shù)，并對諧振過電壓發(fā)生條件造成破壞，使PT諧振過電壓、部分?jǐn)嗑€諧振過電壓得到消除［1］。如果系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象，那么接地相的對地電壓相對較低，發(fā)生金屬性接地，對地電壓會(huì)下降為零，其余兩相對地電壓則會(huì)有略微增加。第二，通過低電阻接地裝置，可以降低觸電事故發(fā)生率。因?yàn)榻拥攸c(diǎn)對地電壓非常低，接地點(diǎn)附近跨步電壓也是如此，這便不會(huì)因接地點(diǎn)而危及行人的人身安全。第三，如果出現(xiàn)單相接地故障，通過低電阻接地裝置可以迅速做出判斷，確定故障線路后切斷，有效縮短了設(shè)備經(jīng)受過電壓的時(shí)間，保護(hù)了系統(tǒng)設(shè)備的絕緣水平［2］。第四，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，在配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部，如果中性點(diǎn)電阻值小，那么在接地電弧熄弧之后零序殘荷通路泄放，后續(xù)燃弧的過電壓幅值與正常狀態(tài)下發(fā)生單相接地故障的情況一致。第五，低電阻接地裝置利用繼電保護(hù)快速跳開故障線路，不需要人工查找故障線路并予以切除。

1.2 低電阻接地保護(hù)要求與參數(shù)

1.2.1 配置要求

中性點(diǎn)經(jīng)過低電阻接地，配合保護(hù)配置后縮小因故障造成的停電范圍。發(fā)生單相故障后，將會(huì)增加故障電流，同時(shí)形成零序電流，所以建議保護(hù)配置新增零序保護(hù)。除此之外，在配置方面還需注意以下要求：

第一，線路方面，單相接地保護(hù)建議選擇零序電流互感器，或者能反映工頻電流值的零序電流接地保護(hù)。第二，在零序動(dòng)作定值整定過程中，將零序速斷控制在0.2s，快速開關(guān)的級差選擇0.3s或0.5s［3］。第三，與其他10kV饋出線路運(yùn)行電容電流相比，金屬性短路的電流比較大，所以可以保證保護(hù)的靈敏度。若經(jīng)過渡電阻接地，出線回路運(yùn)行電容電流較大的情況下，可能很難保證靈敏度。電纜線路的單相接地過渡電阻通常較小，這能夠有效保證靈敏度。第四，建議將零序CT套于三相電纜單獨(dú)CT上，以免CT誤差、飽和差異形成不平衡電流。第五，因?yàn)榈碗娮杞拥叵到y(tǒng)單相接地，對應(yīng)故障點(diǎn)的電流和保護(hù)定值小，很難使用合成法產(chǎn)生零序電流，所以，建議采取電纜外套安裝可拆卸CT的方式。安裝過程中工作人員需采用電纜接地線穿入方法，詳細(xì)檢查CT二次連片的牢固性。

1.2.2 配置參數(shù)

基于上述介紹，低電阻接地裝置技術(shù)參數(shù)見表。

表 低電阻接地裝置技術(shù)參數(shù)

2 低電阻接地裝置的應(yīng)用策略

2.1 對比中性點(diǎn)不接地及諧振接地多種方法

10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中一旦發(fā)生單相接地故障，一般可在故障狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行2h。負(fù)荷能夠承受三相線電壓依然保持對稱，故障點(diǎn)電流小，保護(hù)裝置無需馬上跳閘［4］。這種接地方式可以保證供電的穩(wěn)定性，但是卻有可能發(fā)生鐵磁諧振過電壓或操作過電壓等現(xiàn)象。中性點(diǎn)諧振接地一旦出現(xiàn)單相接地短路故障，同樣可繼續(xù)運(yùn)行2h，當(dāng)應(yīng)用消弧線圈后，接地電容電流以較快的速度降低，故障點(diǎn)殘余電流已經(jīng)下降至不超過10A，此時(shí)故障點(diǎn)電弧再次復(fù)燃的可能性低，以免事故的波及范圍擴(kuò)大。除了上述優(yōu)勢，消弧線圈投入運(yùn)行后也存在諸多弊端，例如無法消除5次諧波，如果發(fā)生故障后沒有及時(shí)處理，或者是處理時(shí)間較長，中途很容易發(fā)生相間短路。選線裝置合格率不達(dá)標(biāo)，會(huì)造成中性點(diǎn)電位偏移、虛假接地等現(xiàn)象。為此，在選擇中性點(diǎn)不接地及諧振接地方式時(shí)，需要經(jīng)過多方對比，了解每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.2 合理選擇中性點(diǎn)經(jīng)低電阻的接地方式

選擇中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式時(shí)，一般會(huì)在形成單相接地故障之后，此時(shí)會(huì)有間歇性弧光過電壓產(chǎn)生，電阻器使放電電磁能量有相應(yīng)的通路，完成能量的泄放，以此來降低電網(wǎng)中性點(diǎn)電位。故障相恢復(fù)時(shí)電壓的提升速度也會(huì)相繼降低，并且一般不會(huì)再發(fā)生電弧點(diǎn)燃的現(xiàn)象，有效抑制了電網(wǎng)過電壓幅值，完成選擇性接地保護(hù)。

當(dāng)出現(xiàn)了單相接地故障后，繼電保護(hù)將會(huì)瞬間跳閘。按照現(xiàn)有接地試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)，發(fā)生5次諧波電流，在接地電容電流中基波分量的最高占比可達(dá)15%，此部分電流將會(huì)加劇絕緣損壞，并且會(huì)有相間短路現(xiàn)象發(fā)生［5］。此時(shí)應(yīng)用低電阻接地裝置，便可以將弧光接地過電壓的5次諧波予以消除，避免擴(kuò)大故障影響范圍，也可有效降低發(fā)生火災(zāi)的概率。將中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)諧振接地兩種方式進(jìn)行對比，調(diào)查發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)諧振接地方法的故障次數(shù)有效減少23%，為線路或系統(tǒng)的運(yùn)維提供了便利。

低電阻接地之后，電阻主要起到阻尼諧振的效果，并加強(qiáng)中性點(diǎn)電位穩(wěn)定性，以免發(fā)生諧振過電壓。由于過電壓水平較低，所以建議采用低絕緣水平的電纜以及電氣設(shè)備，從而有效節(jié)約成本。另外，一旦發(fā)生單相接地故障，即便項(xiàng)目電纜遭到破壞，故障點(diǎn)和電纜外金屬護(hù)套兩個(gè)部位短路，依然可以馬上實(shí)施保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)相關(guān)人員的人身安全［6］。

10kV配電網(wǎng)中應(yīng)用低電阻接地方式（如圖所示）在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)十分普遍，而且在北京、上海等地已經(jīng)投入使用。以某地10kV配電網(wǎng)為例，其未改造時(shí)，10kV開關(guān)柜和母線絕緣子燒壞等故障頻繁發(fā)生，甚至曾在110kV變電站發(fā)生了10kV母線短路而導(dǎo)致主變壓器故障的情況。經(jīng)過10kV接地方式改造之后，利用低電阻接地裝置有效杜絕了設(shè)備燒壞等故障。

圖 低電阻接地方式

2.3 結(jié)合實(shí)際設(shè)定并調(diào)整裝置設(shè)備參數(shù)

對于低電阻接地裝置應(yīng)用于10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)，科學(xué)地設(shè)置參數(shù)尤為重要，下面以某項(xiàng)目為例進(jìn)行分析。該項(xiàng)目為110kV變電站，主要為附近的工礦企業(yè)以及居民區(qū)提供電力支持。按照轄區(qū)范圍內(nèi)供電公司運(yùn)維站采集的數(shù)據(jù)顯示，110kV變電站接地變裝置、消弧線圈成套裝置共有兩套，并分別在10kVⅠ和Ⅲ段母線上安裝，于2016年、2020年投入使用，原參數(shù)如下：①10kV 1、2號(hào)接地變消弧線圈裝置的容量相同，即1100／1000kVA；②最大補(bǔ)償電流為165A；③10kVⅠ段的母線系統(tǒng)電容電流為155A，10kVⅡ與Ⅲ段的母線系統(tǒng)電容電流是152.3A。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，兩套消弧線圈已經(jīng)臨近欠補(bǔ)償限值。隨著此變電站供電區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平的提升，今后還會(huì)增加用電負(fù)荷與電容電流，并且已經(jīng)有兩組消弧線圈容量不符合電網(wǎng)要求?；诖耍鶕?jù)當(dāng)?shù)仉娏酒髽I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要求變電站每段母線單相接地故障的電容電流超過100A，且35kV系統(tǒng)是50A，此時(shí)需要采用低電阻接地方式。另外，選擇10kV接地變與低電阻成套時(shí)，同樣需要按照當(dāng)?shù)仉娏镜囊?guī)范，確定中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式，將單相接地短路電流設(shè)定為600A，由此計(jì)算低電阻阻值。低電阻值計(jì)算公式為：

其中，UN是系統(tǒng)線電壓；Ur是電阻額定電壓；RN是中性點(diǎn)接地電阻值；Id是單相接地電流；Sr是電阻消耗功率。按照《導(dǎo)體和電器選擇技術(shù)規(guī)定》，計(jì)算得出各階段的變壓器短時(shí)容量為SN≥Pr＝3819kW，接地變過載時(shí)間以10s為標(biāo)準(zhǔn)，確定10s過載系數(shù)是10.5，則按照公式S＝363kVA，接地變?nèi)萘看_定為400kVA。

3 結(jié)束語

綜上所述，在10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)用低電阻接地裝置，一方面有利于進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，另一方面也可以自動(dòng)確定故障電路，避免人工操作可能造成的事故，或者因故障而危及工作人員人身安全。未來，在城鎮(zhèn)配電網(wǎng)建設(shè)與維護(hù)中，也需要進(jìn)一步加大對低電阻接地裝置的關(guān)注，為維護(hù)配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供助力。