變電所系統(tǒng)接地實(shí)施方法分析

吳群峰

摘 要：正確設(shè)置變電所變壓器中性點(diǎn)的接地，防止雜散電流引起的電氣火災(zāi)、地下金屬部分被腐蝕、對(duì)信息技術(shù)設(shè)備造成干擾等后果。分析了多電源10/0.4 kV變電所系統(tǒng)接地中的變壓器中性點(diǎn)直接就地接地法和一點(diǎn)接地法兩種方法，比較了這兩種方法的優(yōu)劣，說(shuō)明了一點(diǎn)接地法在預(yù)防雜散電流問(wèn)題方面比變壓器中性點(diǎn)直接就地接地法更加可靠，提出了使用一點(diǎn)接地法要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)接地；多電源TN；雜散電流；一點(diǎn)接地

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.159

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的電力企業(yè)也得到了十分良好的發(fā)展機(jī)會(huì)。但是在我國(guó)一些變電所發(fā)展的過(guò)程中，仍存在著許多的問(wèn)題，中性點(diǎn)不直接接地的運(yùn)行方式是一些變電所接地系統(tǒng)中的主要特征。如果有問(wèn)題發(fā)生，較長(zhǎng)的電網(wǎng)輸電線(xiàn)路會(huì)出現(xiàn)間歇性的過(guò)壓電，影響了輸電設(shè)備的絕緣性能。因此，如何保證變電所安全、穩(wěn)定運(yùn)行成為了人們關(guān)心的問(wèn)題。下面就此進(jìn)行討論分析。

1 雜散電流

中性線(xiàn)電流除通過(guò)本回路的中性線(xiàn)返回電源，還通過(guò)其他并聯(lián)通路返回電源，這部分中性線(xiàn)電流被稱(chēng)作雜散電流。

雜散電流可能引起下述電氣災(zāi)害：①可感應(yīng)產(chǎn)生雜散電磁場(chǎng)，干擾重要敏感信息技術(shù)設(shè)備的正常工作；②可能因不正規(guī)通路導(dǎo)電不良而打火，引燃可燃物起火；③如果以大地為通路返回電源，可能形成電池，因電化學(xué)反應(yīng)腐蝕接地極、地下基礎(chǔ)鋼筋或金屬管道等金屬部分。

GB/T 16895.1—2008、IEC 60364-1—2005、GB/T 50065—2011中的一點(diǎn)接地規(guī)定正是基于消除多電源TN系統(tǒng)雜散電流，以滿(mǎn)足電磁兼容性要求，而GB 50303—2002對(duì)此未作考慮。下面就對(duì)兩種做法作一比較。

2 變壓器中性點(diǎn)直接就地接地

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于含多電源的10/0.4 kV變電所系統(tǒng)接地，我國(guó)的做法為變壓器中性點(diǎn)直接就地接地法，即按照《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50303—2002）第5.1.2條規(guī)定執(zhí)行。

當(dāng)兩臺(tái)變壓器的主進(jìn)開(kāi)關(guān)為3P、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為4P以及主進(jìn)開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為4P時(shí)，雜散電流是否存在呢？分析過(guò)程同上，限于篇幅原因，此處不一一繪圖，僅列表1來(lái)說(shuō)明中性點(diǎn)直接接地時(shí)，雙變壓器開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)與雜散電流的關(guān)系。從防范雜散電流的角度來(lái)看，主進(jìn)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為4P的效果是最好的，主進(jìn)開(kāi)關(guān)為3P、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為4P的效果次之，主進(jìn)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為3P的效果是最差的。

但是主進(jìn)開(kāi)關(guān)用4P有以下幾個(gè)問(wèn)題：①N母排裝設(shè)開(kāi)關(guān)，增加“斷零”危險(xiǎn)；②4P開(kāi)關(guān)浪費(fèi)；③中性點(diǎn)這段出線(xiàn)是PEN線(xiàn)，主進(jìn)用4P違反了“PEN線(xiàn)不得斷開(kāi)”的強(qiáng)制性條文。盡管如此，個(gè)別地區(qū)審圖仍要求采用4P開(kāi)關(guān)。

實(shí)施中性點(diǎn)直接就地接地后，低壓屏內(nèi)帶電導(dǎo)體除相母線(xiàn)外，另外的母線(xiàn)標(biāo)注為N母排，此時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)用4P值得推薦，因?yàn)閱闻_(tái)變壓器帶兩組低壓屏的運(yùn)行狀態(tài)較少，而兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí)，此種方式有效減少了雜散電流。因此，《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50054—2011）中3.1.16條規(guī)定，在電路中需防止電流流經(jīng)不期望的路徑時(shí)，可選用具有斷開(kāi)中性極的開(kāi)關(guān)電器；《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 16—2008）中第7.5.3條規(guī)定，TN-C-S、TN-S系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)切斷相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體的四級(jí)開(kāi)關(guān)。

減少雜散電流和采用3P開(kāi)關(guān)是一對(duì)矛盾體——采用3P開(kāi)關(guān)，必然會(huì)產(chǎn)生雜散電流；而減少雜散電流，需要采用4P開(kāi)關(guān)。解決矛盾的辦法就是IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一點(diǎn)接地方法。

3 一點(diǎn)接地

引言中已提到《低壓電氣裝置第1部分：基本原則、一般特性評(píng)估和定義》（GB/T 16895.1—2008/IEC 60364-1—2005）、《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50065—2011）關(guān)于一點(diǎn)接地的文字規(guī)定。各處標(biāo)注的含義如下：①不允許電源中性點(diǎn)直接就地接地。②兩電源中性點(diǎn)間的連接線(xiàn)必須加絕緣體。這根線(xiàn)的作用類(lèi)同PEN線(xiàn)，但不得從這根連接線(xiàn)的回路上連接用電設(shè)備。③只能在此處將此連接線(xiàn)和PE線(xiàn)相連接而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地，此連接點(diǎn)可在多臺(tái)變壓器的變電所低壓配電盤(pán)內(nèi)，也可在電氣裝置電源進(jìn)線(xiàn)的總配電箱內(nèi)。④電氣裝置內(nèi)的PE線(xiàn)可多次重復(fù)接地。

在這兩本規(guī)范中，多電源TN系統(tǒng)沒(méi)有TN-S系統(tǒng)，規(guī)范對(duì)此系統(tǒng)的表述為“對(duì)用電設(shè)備采用單獨(dú)的PE和N的多電源TN-C-S系統(tǒng)”。也就是說(shuō)，對(duì)于樓內(nèi)設(shè)有變電站的建筑物來(lái)說(shuō)，其整體是TN-S系統(tǒng)，但變電所這個(gè)小系統(tǒng)是TN-C-S系統(tǒng)。

“一點(diǎn)接地”并不是指PE保護(hù)接地線(xiàn)的接地，而是指從變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出的PEN線(xiàn)的接地，即從電源中性點(diǎn)引出的PEN線(xiàn)只能在低壓配電柜或總配電屏處與PE線(xiàn)一點(diǎn)接地。在同一建筑物內(nèi)，不得再在其他處接地。這是對(duì)于電源處的系統(tǒng)接地所作的規(guī)定。當(dāng)從此系統(tǒng)引出TN-C和TN-C-S系統(tǒng)時(shí)，在電氣裝置外的低壓配電線(xiàn)路上，只要有可能，就需將PEN線(xiàn)做重復(fù)接地，因?yàn)镻EN線(xiàn)內(nèi)有中性線(xiàn)電流產(chǎn)生的電壓降導(dǎo)致PEN線(xiàn)的對(duì)地電位，重復(fù)接地可降低這一電位。而對(duì)于PE線(xiàn)而言，無(wú)論是哪一種接地系統(tǒng)，也不論是在電氣裝置內(nèi)或外，只要有可能，將PE線(xiàn)多次重復(fù)接地，以降低電氣裝置外露導(dǎo)電部分的電位總是有好處的。

4 實(shí)施一點(diǎn)接地應(yīng)注意的問(wèn)題

從以上分析可看出，一點(diǎn)接地既能防范雜散電流，又不必為此使用4P開(kāi)關(guān)，好處顯而易見(jiàn)。但是目前全盤(pán)否定中性點(diǎn)直接就地接地的做法不太現(xiàn)實(shí)，從設(shè)計(jì)角度看有以下兩點(diǎn)原因：①很多設(shè)計(jì)者還沒(méi)有意識(shí)到雜散電流的危害，畢竟多年來(lái)一直采用多點(diǎn)接地似乎也沒(méi)有造成很明顯的危害，況且作為實(shí)際存在的雜散電流，無(wú)測(cè)量出的定量值和計(jì)算方法，讓人感覺(jué)雜散電流僅停留在理論階段。②在新的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集實(shí)施之前，現(xiàn)有規(guī)范間存在矛盾，供電部門(mén)也不認(rèn)可變壓器中性點(diǎn)在低壓屏內(nèi)一點(diǎn)接地的實(shí)施方法，使得設(shè)計(jì)者執(zhí)行起來(lái)難度很大。好在《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》中刪除了“接地裝置引出的接地干線(xiàn)與變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)直接連接”的規(guī)定，改為“變壓器中性點(diǎn)的接地連接型式及接地電阻值必須符合設(shè)計(jì)要求?！边@為我們?cè)O(shè)計(jì)院執(zhí)行并推廣“一點(diǎn)接地”提供了可能。目前過(guò)渡階段可先在數(shù)據(jù)中心、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所等雜散電流對(duì)其影響較大的場(chǎng)所采用一點(diǎn)接地法，并逐步實(shí)現(xiàn)所有多電源系統(tǒng)的一點(diǎn)接地。

實(shí)施一點(diǎn)接地應(yīng)注意的問(wèn)題主要有：①變電所實(shí)施一點(diǎn)接地，低壓屏內(nèi)帶電回路導(dǎo)體名稱(chēng)分別為L(zhǎng)1、L2、L3、PEN，不帶電回路導(dǎo)體名稱(chēng)為PE。因此低壓配電屏的主進(jìn)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)切不可使用4P開(kāi)關(guān)。②對(duì)于多電源系統(tǒng)的一點(diǎn)接地，不是每臺(tái)電源都需在其各自的低壓屏內(nèi)一點(diǎn)接地，而是多電源作為整體，在任一臺(tái)電源的低壓屏內(nèi)將PEN線(xiàn)與PE線(xiàn)一點(diǎn)連接。③此系統(tǒng)可引出除IT系統(tǒng)外的TN-C、TN-S、TN-C-S和TT系統(tǒng)。引出TN-C-S系統(tǒng)時(shí)需注意，TN-C-S系統(tǒng)使用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器時(shí)，PEN導(dǎo)體不得接在其負(fù)荷側(cè)，保護(hù)導(dǎo)體與PEN導(dǎo)體的連接應(yīng)在剩余電流動(dòng)作保護(hù)器電源側(cè)進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雜散電流會(huì)造成技術(shù)設(shè)備無(wú)法正常工作、火災(zāi)和地下金屬被腐蝕等嚴(yán)重的問(wèn)題，使用一點(diǎn)接地法可以較好地防止出現(xiàn)這類(lèi)問(wèn)題，并能解決一些運(yùn)行的矛盾。我們?cè)谑褂靡稽c(diǎn)接地法時(shí)要注意相關(guān)的問(wèn)題，切實(shí)保證電力系統(tǒng)處在良好的運(yùn)行狀態(tài)，這樣才能創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]凌智敏.多電源TN 系統(tǒng)的N 線(xiàn)在哪里一點(diǎn)接地[J].建筑電氣，2013，32（5）：3-11.

[2]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].第三版.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The correct setting substation transformer neutral point grounding to prevent electrical fires caused by stray currents， underground metal parts are corrosion， IT equipment and other consequences caused by interference. Analysis of multiple power 10 / 0.4 kV transformer substation grounding system neutral grounding method and direct in situ ground that the two methods， comparison of the advantages and disadvantages of the two methods， illustrates the point grounding method in preventing Miscellaneous aspects of stray current problem directly in situ ground method is more reliable than the transformer neutral point grounding method is proposed to use a little attention problems.

Key words： system ground； multiple power TN； stray current； point grounding