１０ｋＶ配網(wǎng)接地方式分析及改進(jìn)措施

［摘要］文章分析10kV城市配電網(wǎng)中接地系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)的措施。

［關(guān)鍵詞］10kV配電網(wǎng)；接地方式；改進(jìn)措施

［作者簡(jiǎn)介］侯艷波，增城市聯(lián)永工程有限公司，廣東增城，511356

［中圖分類(lèi)號(hào)］ TM72［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1007-7723（2008）08-0147-0003

一、引言

我國(guó)10kV城市配電網(wǎng)一直以中性點(diǎn)不接地方式為主，其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的接地電流為另兩相對(duì)地電容電流之和，其數(shù)值較小，它引起的接地電弧通常可以自行熄滅；同時(shí)，由于此時(shí)線路上的線電壓仍然對(duì)稱(chēng)，系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行。因此，單相接地時(shí)只需發(fā)出報(bào)警信號(hào)及時(shí)排除故障，不必切斷電源，從而保證供電的連續(xù)性。但該系統(tǒng)中單相接地時(shí)非故障相對(duì)地電壓上升為倍相電壓，因此，不接地系統(tǒng)中對(duì)電氣設(shè)備的絕緣水平要求較高。

隨著電網(wǎng)負(fù)荷的不斷增大，城市電纜線路日益增多，單相接地電容電流也隨之增大，因電弧不能自行熄滅，由此產(chǎn)生的斷續(xù)電弧就可能使線路發(fā)生電壓諧振現(xiàn)象，從而使線路上產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓（幅值可達(dá)相電壓2.5～3倍）。這將導(dǎo)致線路上絕緣薄弱地點(diǎn)的絕緣擊穿，最終可能發(fā)展成相間短路或多點(diǎn)重復(fù)性接地故障，引起用戶停電事故，則上述不接地系統(tǒng)不間斷供電的優(yōu)點(diǎn)就不存在了。因此，設(shè)法減小接地電流，提高配電網(wǎng)的供電可靠性，已成為10kV 電網(wǎng)亟待解決的重要問(wèn)題。

二、采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

我國(guó)《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(SDJ7- 79)中規(guī)定：3～10kV電力網(wǎng)，單相接地故障電流大于30A時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)電纜與架空線的混合電力網(wǎng)，當(dāng)單相接地電容電流大于11.8A時(shí)，電弧就不能自行熄滅。所以，新編的《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620-1997)中規(guī)定：10kV系統(tǒng)的接地電容電流大于10A時(shí)應(yīng)采取措施。

（一）消弧線圈的補(bǔ)償原理與選擇

消弧線圈是一個(gè)具有鐵芯的可調(diào)電感線圈，接在變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與地之間， 如圖1所示：

正常運(yùn)行時(shí)，因中性點(diǎn)電壓U0=0，消弧線圈中無(wú)電流通過(guò)；發(fā)生單相接地時(shí)(如C 相接地) ，中性點(diǎn)電壓升高為相電壓U0=-UC，在此相電壓下消弧線圈中將產(chǎn)生電感電流IL， 它落后Uc 90°，它與超前Uc90°的另外兩非故障相形成的電容電流ICC=-（ICA+ICB）同時(shí)流經(jīng)接地點(diǎn)， 由于IL與ICC反方向，從而使故障點(diǎn)的接地電流減小，電弧自行熄滅。

消弧線圈的容量SC應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)5～10 a 的發(fā)展規(guī)劃確定， 可按下式估算：

式中：SC——消弧線圈的容量，kVA；

IC——電網(wǎng)的單相接地電容電流，A， 可由估算或?qū)崪y(cè)而得；

1.35——過(guò)補(bǔ)償系數(shù)( 電力系統(tǒng)中消弧線圈普通采用過(guò)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式)。過(guò)去，接地補(bǔ)償裝置均采用老式(手動(dòng)式)消弧線圈，只能離線調(diào)節(jié)分接頭，無(wú)自動(dòng)調(diào)諧功能電流調(diào)節(jié)范圍小，且只能用于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，不能長(zhǎng)期運(yùn)行在欠補(bǔ)償狀態(tài)，更不能在全補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行。隨著用戶對(duì)供電質(zhì)量要求的不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市電網(wǎng)中電纜數(shù)量的增多使電容電流增加很快，隨著用電負(fù)荷的增長(zhǎng)，許多變電站采用分區(qū)供電，電網(wǎng)的運(yùn)行方式變動(dòng)較大。因此，老式消弧線圈的缺陷已嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，目前正在逐步淘汰或加以改進(jìn)。

（二）自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)介

針對(duì)老式消弧線圈接地補(bǔ)償系統(tǒng)存在的問(wèn)題，近幾年我國(guó)相繼推出了幾種能自動(dòng)調(diào)諧的接地補(bǔ)償裝置。它采用微機(jī)控制自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)，能夠在線測(cè)量接地電容電流的變化，能自動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭的位置以便將接地殘流控制在允許范圍之內(nèi)，從而確保系統(tǒng)在各種補(bǔ)償狀態(tài)下安全、穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由以下幾部分組成：

1.Z 型接地變壓器T。由于10kV 系統(tǒng)的電源無(wú)中性點(diǎn)引出，利用該變壓器可以提供人工接地點(diǎn)接入消弧線圈。

2.消弧線圈L。鐵芯氣隙可調(diào)或線圈匝數(shù)可調(diào)，加裝了電動(dòng)有載開(kāi)關(guān)，將其分頭做成若干檔，檔位的個(gè)數(shù)可影響電網(wǎng)脫諧度的改變量，若要求調(diào)諧精度高，可增加檔位個(gè)數(shù)。

3.阻尼電阻 Rg。通常要求中性點(diǎn)的位移電壓不大于相電壓的15%。當(dāng)系統(tǒng)正常時(shí)， 消弧線圈與電網(wǎng)對(duì)地電容工作在臨界串聯(lián)諧振狀態(tài)，諧振時(shí)會(huì)引起中性點(diǎn)的位移電壓升高， 為此在消弧線圈回路中串入阻尼電阻 Rg，使補(bǔ)償電網(wǎng)的阻尼率增大，從而限制了中性點(diǎn)位移電壓的升高；當(dāng)系統(tǒng)接地時(shí)，將電阻迅速短接，不影響消弧線圈的正常工作。

4.微機(jī)控制器。由單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成，利用中性點(diǎn)位移電壓的變化或中性點(diǎn)電壓與電流之間的相位變化，實(shí)時(shí)獲得電網(wǎng)的脫諧度，由此控制有載開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)消弧線圈不同分頭的電抗值，以實(shí)現(xiàn)接地電容電流的自動(dòng)跟蹤，使系統(tǒng)在允許的接地殘流下可靠工作。

（三）自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：可以降低中性點(diǎn)的諧振過(guò)電壓；可使系統(tǒng)運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)、全補(bǔ)、欠補(bǔ)狀態(tài)；可減小由于單相接地引起的相間短路和多點(diǎn)重復(fù)接地故障，提高配電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

缺點(diǎn)：消弧線圈的電感值不能連續(xù)調(diào)節(jié)；使用該裝置時(shí)技術(shù)困難較多；若用于舊變電站的改造，投資較大。

三、采用中性點(diǎn)低電阻接地

該方案是將一低電阻接在變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與地之間，如圖3所示：

在這種系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流將不是電容電流，而是幾百甚至上千安的大電流，它將啟動(dòng)接地故障繼電保護(hù)裝置。因此，低電阻接地方式具有立即有選擇性地清除線路接地故障的優(yōu)點(diǎn)，它能降低過(guò)電壓值，減小故障持續(xù)時(shí)間，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變壓器、電纜等的絕緣水平要求降低，從而減少了網(wǎng)絡(luò)的電氣部分投資。低電阻接地方式的繼電保護(hù)方式通常采用以下兩種形式：

（一）中性點(diǎn)接地方案

這種方案是利用一中性點(diǎn)接地繼電器接在一電流互感器的二次側(cè)，基本原理如圖4 所示。電流互感器的一次側(cè)接在Y 型變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)線路上或者接在Z型變壓器導(dǎo)出的中性點(diǎn)線路上，用低電流來(lái)完成可靠的脫扣跳閘。

（二）接地敏感器方案

這種方案是由一零序電流互感器和接地敏感元件繼電器組成，基本原理如圖5所示。三相線路穿過(guò)電流互感器的窗口，因此它的磁芯包圍三相線路。

正常時(shí)短路不涉及接地，通過(guò)電流互感器的磁通量之和為零，接地繼電器中無(wú)電流通過(guò)。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，3個(gè)電流互感器的磁通量出現(xiàn)不平衡，就會(huì)產(chǎn)生電流啟動(dòng)接地故障繼電器，使斷路器跳閘。

低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)系統(tǒng)將停止運(yùn)行，供電的連續(xù)性較差，但它不會(huì)引起相間短路和多點(diǎn)重復(fù)性接地故障。另外，因系統(tǒng)中單相接地時(shí)的故障電流比三相故障電流小得多，所以它比反應(yīng)相間短路的保護(hù)裝置靈敏，故可降低電機(jī)繞組接地故障所造成的損壞。

四、結(jié)論

第一，隨著電纜數(shù)量的增多，引起了單相接地電容電流的增大，采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的10kV城市配電網(wǎng)將逐步被淘汰已成為必然趨勢(shì)。

第二，自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置經(jīng)實(shí)踐證明補(bǔ)償效果好，系統(tǒng)單相接地時(shí)仍可繼續(xù)運(yùn)行，尤其對(duì)運(yùn)行方式變動(dòng)較大的企業(yè)和無(wú)人值班變電站更為合適。但限于該裝置的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)和我國(guó)目前的電力工業(yè)水平還比較落后的現(xiàn)狀，這種接地方式在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)普及整個(gè)10kV電網(wǎng)。

第三，低電阻接地方式雖然供電的連續(xù)性較差，但整個(gè)系統(tǒng)的投資小，實(shí)踐證明它遠(yuǎn)比中性點(diǎn)不接地方式能取得更高程度的運(yùn)行連續(xù)性。因此，它將是目前改善10kV電網(wǎng)運(yùn)行狀況的最好途徑。