20kV小電阻接地成套裝置的參數(shù)選擇

摘 要：在城市電網(wǎng)里面，電纜已經(jīng)被越來越多的用作輸電線路。這種電網(wǎng)通常有比較大的系統(tǒng)電容電流，又因使用了耐壓標(biāo)準(zhǔn)不高的電纜，不允許單相接地后長時(shí)間運(yùn)行。通過小電阻接地的運(yùn)用，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地之后，馬上切除故障線路，不但促使繼電保護(hù)裝置能正確地檢測切除故障回路，還讓接地故障時(shí)的內(nèi)部過電壓值變小了。

關(guān)鍵詞：20千伏；接地裝置；小電阻；參數(shù)選擇

1 經(jīng)消弧線圈和經(jīng)小電阻兩種接地方式的比較

主要針對經(jīng)消弧線圈與經(jīng)小電阻兩種接地方式的電網(wǎng)運(yùn)行特征做出對比。在文章中，所有的“前者”都象征著經(jīng)自動補(bǔ)償消弧線圈接地，所有的“后者”都象征著經(jīng)小電阻接地。

首先是過電壓水平。發(fā)生單相接地故障時(shí)，前者繼續(xù)運(yùn)行，非故障相對地電壓升高為線電壓；而后者經(jīng)過小電阻接地，非故障相電壓處在相電壓與線電壓之間，過電壓比前者小。

其次就是供電的連續(xù)性、可靠性和故障范圍。在電網(wǎng)出現(xiàn)了永久性接地故障時(shí)，前者把接地故障電流減少至殘流值以后，永久性故障進(jìn)行了跳閘檢修，瞬時(shí)性接地故障可以逐漸地消失，有時(shí)可帶故障運(yùn)行若干小時(shí)，其主要由于接地電容電流受到了補(bǔ)償，單相接地故障將變成不了相間故障；后者由于屬于低電阻接地的電網(wǎng)，具有不低的接地點(diǎn)電流，零序保護(hù)要是沒有定時(shí)的動作，會讓接地點(diǎn)與其周圍的絕緣遭受不同程度的危害，造成相間故障不斷出現(xiàn)，從而使永久性及非永久性的單相接地線路的跳閘次數(shù)均明顯增加。

最后就是對通信與信號系統(tǒng)的干擾。在電力系統(tǒng)里面出現(xiàn)單相接地故障的情況下，產(chǎn)生的零序電流與電壓屬于強(qiáng)大的干擾源。在經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)中，它屬于靜電感應(yīng)；在經(jīng)小電阻接地的大電流接地系統(tǒng)中，其屬于電磁感應(yīng)。消弧線圈接地能明顯地減少通信與信號系統(tǒng)的干擾，此種優(yōu)勢非常可觀，要是出現(xiàn)了單相接地故障，感應(yīng)回路中的電流于里面的分布均受到制約，與接地沒有關(guān)聯(lián)。而中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地就通信與信號系統(tǒng)的干擾來說屬于不完美的接地方式。

2 小電阻接地裝置的概念

若20kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，在不發(fā)生諧振過電壓的情況下，健全相的電壓將從相電壓升高到線電壓（1.73倍），而且這種運(yùn)行方式允許持續(xù)2小時(shí)。但是，這樣的不接地系統(tǒng)的存在是有條件的。那就是只適合于單純由架空線路組成的電網(wǎng)，且其電容電流必須小于10A。問題是隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，不可能有單純的架空線路電網(wǎng)存在，而是電纜線路將越來越多，相應(yīng)的電容電流也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止10A。當(dāng)20kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，往往因比較大的電容電流而產(chǎn)生諧振過電壓。而諧振過電壓的倍數(shù)常常可能達(dá)到3倍以上，這就嚴(yán)重威脅了設(shè)備的安全。所以人們一直在設(shè)法降低產(chǎn)生諧振過電壓的條件，從而降低過電壓的倍數(shù)，以確保運(yùn)行設(shè)備的安全。簡而言之，20kV系統(tǒng)可以作為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)而存在，但那是要有條件的，而這種條件伴隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大和現(xiàn)代化已不復(fù)存在。因此，人們需要尋找一種人工的中性點(diǎn)接地裝置，以降低諧振過電壓對運(yùn)行設(shè)備的危害。

2.1 消弧線圈接地裝置

通常，消弧線圈的作用目標(biāo)僅是把單相接地電容電流補(bǔ)償?shù)?0A以下而已。自動跟蹤補(bǔ)償程度好的設(shè)備，當(dāng)然可以解決問題。但如果補(bǔ)償?shù)貌缓?，系統(tǒng)電容電流仍可能大于10A。而且，靠消弧線圈補(bǔ)償實(shí)際上只能起到熄滅電弧（人們通常所說的弧光短路時(shí)的電?。┑淖饔?，而不能抑止因弧光短路所引起的過電壓倍數(shù)。如果系統(tǒng)瞬時(shí)故障較多，那么這種裝置還是不錯(cuò)的選擇。但如果系統(tǒng)中諧波分量較高的話，消弧線圈裝置就不起作用。因?yàn)橹C波分量越高，電容電流就越大，甚至可能達(dá)到幾百安。電容電流的大小除了和電容量成正比外，還和頻率成正比，在系統(tǒng)的電容一定的條件下，當(dāng)然其頻率越高，電容電流就越大，而所謂的諧波分量，至少是三次、五次、七次等，那當(dāng)然頻率很高，所以電容電流就相當(dāng)大。由于系統(tǒng)中諧波分量的存在，可使電容電流達(dá)到幾百安培之多，當(dāng)出線因單相接地而造成暫態(tài)過電壓時(shí)，消弧線圈卻是起不到作用的。（因?yàn)闀簯B(tài)過電壓屬于高頻電壓，而電感線圈對高頻相當(dāng)于是開路。）此外，當(dāng)系統(tǒng)電容電流很大（例如，100A以上到200A）時(shí)，消弧線圈很難達(dá)到理想的脫諧度而造成諧振的發(fā)生。還有，使用消弧線圈之后，相對不接地系統(tǒng)來說，選線更難。

2.2 小電阻接地裝置

這種接地裝置的好處是過電壓程度低，對設(shè)備安全有利。但美中不足的是故障電流大。關(guān)于小電阻接地裝置的幾個(gè)問題如下：

對于過電壓倍數(shù)：若Ir=Ic，過電壓倍數(shù)為2.6Pu（Pu-最高相電壓的峰值，）

若Ir=2Ic，則過電壓倍數(shù)為2.3Pu，

若Ir=4Ic，則過電壓倍數(shù)為2.0Pu

結(jié)論：流經(jīng)小電阻的阻性電流越大，過電壓倍數(shù)就越低。

對于保護(hù)精度：Ir越大，則故障電流就越大，保護(hù)的靈敏度越高。

所以，從過電壓倍數(shù)和保護(hù)精度來看，都希望流經(jīng)小電阻的阻性電流要大。

3 如何選擇接地變的容量和小電阻接地成套裝置中的電阻值

3.1 如何選擇接地變的容量

若根據(jù)計(jì)算或統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)的電容電流為150A左右，那么為了使過電壓倍數(shù)不要大于2倍的Pu值，通常按4倍系統(tǒng)電容電流來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流，即IR=600A，施加在小電阻上的電壓為相電壓，即21/=12kV，則故障時(shí)段接地變?nèi)萘繛镾=Ir×U=600×12=7200kVA。而按IEC標(biāo)準(zhǔn)，變壓器10s的過負(fù)荷倍數(shù)為10.5倍（在10s過負(fù)荷時(shí)間內(nèi)，繼電保護(hù)肯定已動作切除故障了，也就是說，變壓器過負(fù)荷時(shí)間肯定小于10s），這樣：

接地變的額定容量S=7200/10.5≈690kVA

若按產(chǎn)品系列來選擇，則Sjdb=800kVA

3.2 如何選擇接地電阻

接地電阻值R=U相/Ir=12000V/600A=20Ω

通常我們就選擇為20Ω

因此，若選擇R=40Ω，那么流經(jīng)小電阻的阻性電流只能是12000/40=300A，若要保證流經(jīng)小電阻的阻性電流是系統(tǒng)電容電流的4倍，那么，系統(tǒng)電容電流只能是75A，這和設(shè)計(jì)當(dāng)初的預(yù)設(shè)條件是不符的。

4 如何估算系統(tǒng)電容電流

對于20kV電纜線路的電容電流：

式中：Ic-20kV電纜線路的電容電流，（A/km）；S-電纜截面，（mm2）；U線-額定線電壓，（kV）

根據(jù)上式可以計(jì)算出各種截面的20kV電纜線路的電容電流如下數(shù)據(jù)所示：

20kV電纜線路的電容電流

電纜截面（mm2） 120 150 185 240 300

電容電流（A/km） 2.25 2.92 3.38 4.1 4.88

對于20kV架空線路的電容電流：

Ic=0.05A/km

可以按照所掌握的線路資料利用上面的數(shù)據(jù)來估算系統(tǒng)的電容電流，然后再按四倍大小來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流IR。

5 結(jié)束語

總之，小電阻接地的運(yùn)用，不但促使繼電保護(hù)裝置能正確地檢測切除故障回路，還讓系統(tǒng)參數(shù)得到了優(yōu)化，讓接地故障時(shí)的內(nèi)部過電壓值變小。于是文章重點(diǎn)就如何選擇接地變的容量和小電阻接地成套裝置中的電阻值，就如何估算系統(tǒng)電容電流進(jìn)行了研究。

參考文獻(xiàn)

[1]干耀生，唐慶華.城市中壓配網(wǎng)中性點(diǎn)小電阻接地方式分析[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2013，3.

作者簡介：曹智（1980，4-），男，籍貫：湖北孝感，學(xué)歷：本科，職稱：中級工程師，研究方向：變電一次設(shè)計(jì)。