中壓系統(tǒng)接地電阻的接線方式探討

石 巍，張彥昌

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

我國(guó)高壓110kV及以上電壓等級(jí)考慮到絕緣成本，一般都采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)；低壓380V電壓等級(jí)考慮到經(jīng)常需要220V相電壓，一般也采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)；而中壓3kV～66kV電壓等級(jí)考慮到供電可靠性，一般都采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，但在單相接地電容電流較大時(shí)，為防止引起弧光接地過(guò)電壓采取經(jīng)消弧線圈或經(jīng)電阻接地方式。

中壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地即在中性點(diǎn)與大地之間接入一定電阻值的電阻，該電阻與電網(wǎng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路。電阻的作用主要有兩點(diǎn)：一是在短路接地電流中增加電阻性電流分量，以降低接地過(guò)電壓的倍數(shù)，當(dāng)Ir=Ic時(shí)，過(guò)電壓水平可以降低到2.5倍之內(nèi)；二是電阻是耗能元件，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地電弧熄滅后，電網(wǎng)對(duì)地電容中的殘余電荷將通過(guò)中性點(diǎn)電阻釋放掉，當(dāng)發(fā)生下一次電弧燃燒時(shí)，其過(guò)電壓幅值與電網(wǎng)在正常運(yùn)行條件下發(fā)生單相接地故障的情況相同，不會(huì)產(chǎn)生很高的弧光接地過(guò)電壓。

1 中性點(diǎn)采用電阻接地系統(tǒng)的分類

1.1 按接地電阻的保護(hù)特點(diǎn)分類

按照我國(guó)的規(guī)程規(guī)范，電阻接地方式分為低阻接地和高阻接地。低阻接地是指發(fā)生單相接地故障后動(dòng)作于跳閘的，接地故障電流一般大于10A(電容電流大于7A)的中壓系統(tǒng)所應(yīng)采用的電阻接地方式；高阻接地是指發(fā)生單相接地故障后可持續(xù)運(yùn)行的，接地故障電流一般不大于10A(電容電流不大于7A)的中壓系統(tǒng)所應(yīng)采用的電阻接地方式。

1.2 按接地電阻的接線特點(diǎn)分類

(1)變壓器中壓側(cè)為Yn接線，其中性點(diǎn)可以直接接入電阻，見(jiàn)圖1a和圖1b。

圖1 Yn接線示意圖

(2)變壓器中壓側(cè)為Δ接線，在變壓器中壓側(cè)出口或中壓側(cè)母線上外加Z形接地變壓器形成一個(gè)中性點(diǎn)，接地電阻接在Z形變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)，見(jiàn)圖2a和圖2b。

圖2 Δ接線配Z形接地變壓器示意圖

(3)變壓器中壓側(cè)為Δ接線，在變壓器中壓側(cè)母線上外加Y/Δ接地變壓器形成一個(gè)中性點(diǎn)，接地電阻接在Y/Δ接線的變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)或者接地電阻接在Y/Δ接線的變壓器低壓側(cè)開(kāi)口三角上，見(jiàn)圖3a和圖3b。

圖3 Δ接線配Y/Δ接地變壓器示意圖

目前工程中運(yùn)用較多是第一種和第二種接線方式，第三種接線方式運(yùn)用較少。

2 接地電阻的計(jì)算分析

2.1 傳統(tǒng)計(jì)算分析方法

(1)第一種接線方式，見(jiàn)圖4。

圖4 第一種接線方式網(wǎng)絡(luò)圖

設(shè)C1=C2=C3=C0，則C相接地故障時(shí)的等值電路見(jiàn)圖5。

圖5 第一種接線方式阻抗圖

其中Zt相對(duì)于R較小，暫忽略不計(jì)。同時(shí)忽略絕緣電阻Rf，則：

當(dāng)R = 1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic= Ir。

(2)第二種接線方式，見(jiàn)圖6。

圖6 第二種接線方式網(wǎng)絡(luò)圖

設(shè)C1=C2=C3=C0，X1=X2=X3=X0，則C相接地故障時(shí)的等值電路見(jiàn)圖7。

圖7 第二種接線方式阻抗圖

由于采用Z形接地變壓器，故X0≈0。同時(shí)忽略絕緣電阻Rf，則：

當(dāng)R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。

(3)第三種接線方式，故障運(yùn)行等值電路圖同圖7。

Ijd=Ec/(Rf+1/( j3ωC0+1/(X0+R)))

由于采用Y/Δ接線的接地變壓器，故X0較大，但其相對(duì)于R較小，暫忽略不計(jì)。同時(shí)忽略絕緣電阻Rf，則：

當(dāng)R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。

故這三種接線的計(jì)算結(jié)果基本一致，都是在R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。我們可以根據(jù)線路電容電流或容抗值計(jì)算所需要的接地電阻值。但是采用Z形接地變壓器接線的方式計(jì)算精確度較高，計(jì)算接地電阻值較準(zhǔn)確，其他兩種方式由于忽略了變壓器的零序阻抗而導(dǎo)致計(jì)算精確度較低。

2.2 序網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算分析方法

(1)第一種接線方式對(duì)應(yīng)的序網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖8。

圖8 第一種接線方式序網(wǎng)絡(luò)圖

由于Zn、Zt、Zn0相對(duì)3R較小，故忽略不計(jì)，相當(dāng)于只考慮零序網(wǎng)絡(luò)的影響。

則：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

當(dāng)R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。

結(jié)果和傳統(tǒng)計(jì)算方法一致。

(2)第二種接線方式對(duì)應(yīng)的序網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖9。

圖9 第二種接線方式序網(wǎng)絡(luò)圖

由于X0≈0，Zn、Zt相對(duì)3R較小，故忽略不計(jì)，相當(dāng)于只考慮零序網(wǎng)絡(luò)的影響。

則：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

當(dāng)R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。

結(jié)果和傳統(tǒng)計(jì)算方法一致。

(3)第三種接線方式，其對(duì)應(yīng)的序網(wǎng)絡(luò)同圖9。

由于Zn、Zt、X0相對(duì)3R較小，故忽略不計(jì)，相當(dāng)于只考慮零序網(wǎng)絡(luò)的影響。則：

當(dāng)R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時(shí)，Ic=Ir。

結(jié)果和傳統(tǒng)計(jì)算方法一致。

2.3 結(jié)果分析

首先介紹幾個(gè)常用的電容電流計(jì)算公式。

(1)單相接地電容電流可以由下面的公式計(jì)算：

Ue：系統(tǒng)額定線電壓，(kV)；

UФ：系統(tǒng)額定相電壓，(kV)；

C0：每相對(duì)地電容，(μF)；

(2)架空線路的電容電流可以由下面的公式估算：

Ic=(2.7～3.3)UeL×10-3

L：架空線路的長(zhǎng)度，(km)；

2.7：系數(shù)，無(wú)架空地線的線路；3.3：系數(shù)，有架空地線的線路；同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

(3)電纜線路的電容電流可以由下面的公式估算：

(4)變電站增加的接地電容電流值見(jiàn)表1。

表1 變電站增加的接地電容電流值

電容電流在實(shí)際的計(jì)算中因?yàn)橐紤]到不同截面的導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)，變壓器，互感器等設(shè)備的對(duì)地電容，計(jì)算的結(jié)果往往是個(gè)估算值。

我們?cè)诓捎靡陨先N接地電阻的接線方式時(shí)，往往是根據(jù)系統(tǒng)電容電流反推出需要增加的接地電阻性電流的值，再通過(guò)Ec/Ir計(jì)算出接地電阻的大小。電阻性電流的計(jì)算可以由下面的公式估算：

由此可見(jiàn)，雖然三種接地電阻的接線方式在計(jì)算中準(zhǔn)確度不同，但在計(jì)算所需增加的電阻性電流時(shí)，通過(guò)考慮系數(shù)裕度K，已經(jīng)可以忽略這種不同，都能夠滿足工程實(shí)際應(yīng)用要求。

3 結(jié)論

(1)三種接地電阻的接線方式都是可行的，接地電阻的計(jì)算方法也是相同的。首先計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流，再計(jì)算出需增加的電阻性電流值，最后計(jì)算出接地電阻值；

(2)第一和第二種接線方式運(yùn)用的較多，第三種接線方式由于接地變壓器的零序阻抗較大，因此運(yùn)用較少；

(3)第一種接線方式一般考慮到三次諧波的影響，通常需要增加平衡線圈，增加了投資成本。同時(shí)中壓側(cè)也成為了接地系統(tǒng)，導(dǎo)致中壓側(cè)的不對(duì)稱短路電流會(huì)對(duì)高壓側(cè)產(chǎn)生一定的影響，但影響較小。第二種接線方式需要單獨(dú)增加開(kāi)關(guān)柜和Z形接地變壓器，但其效果是最好的。

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