電力系統(tǒng)10 kV配電網(wǎng)接地方式分析

劉 建

（福州電力設(shè)計(jì)院有限公司，福建福州 350000）

0 引言

根據(jù)電網(wǎng)以及用電實(shí)際情況，電力系統(tǒng)主要有5種接地方式：①中性點(diǎn)不接地；②中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地；③中性點(diǎn)直接接地；④中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；⑤中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地。10 kV的高壓系統(tǒng)常常采用中性點(diǎn)不直接接地的式，主要是為了保證在單相接地故障情況下，雖然非故障相電壓升高為原來(lái)的1.732倍影響絕緣，但斷路器不跳閘而且能帶故障運(yùn)行2 h，以提高供電的連續(xù)性。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，城市居民用電規(guī)模越來(lái)越大，電纜線路越來(lái)越多，對(duì)地電容電流急劇增加，導(dǎo)致10 kV電力系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生次數(shù)越來(lái)越多，甚至引發(fā)更大的事故，優(yōu)化10 kV配電網(wǎng)接地方式，減少單項(xiàng)接地方式造成的故障，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，是電力系統(tǒng)及其工作人員面臨的重要問題。

1 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇與遵循的原則

1.1 經(jīng)濟(jì)因素

電力系統(tǒng)選擇中性接地方式，最重要的是考慮經(jīng)濟(jì)因素的影響。因?yàn)橛秒娨?guī)模越來(lái)越大，對(duì)電壓等級(jí)的要求越來(lái)越高，尤其是輸變電設(shè)備方面，需要投入更多的絕緣費(fèi)用，這部分費(fèi)用在總投資中的占比越來(lái)越大。而中心點(diǎn)選擇科學(xué)合理的接地方式，可以降低絕緣水平，降低設(shè)備造價(jià)，提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 安全供電質(zhì)量因素

單相接地故障會(huì)對(duì)安全供電質(zhì)量造成影響，主要有4個(gè)因素：①故障電流數(shù)據(jù)；②故障電壓數(shù)據(jù)；③中性點(diǎn)位移電壓數(shù)據(jù)；④故障持續(xù)時(shí)間。

2 10 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不直接接地運(yùn)行中存在的問題

（1）在中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果接地電流＜10 A，電弧能自動(dòng)熄滅，不會(huì)跳閘，這種方式只對(duì)造成人觸電的安全性好，但不利于電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；對(duì)于（3～10）kV電網(wǎng)，當(dāng)單相接地故障電流＞30 A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈，中性點(diǎn)可以使用消弧線圈接地，出現(xiàn)單相接地故障，消弧線圈就會(huì)對(duì)故障電流進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，可以帶故障運(yùn)行2 h。如果2 h后不能自動(dòng)滅弧恢復(fù)線路，就會(huì)出現(xiàn)跳閘。

（2）當(dāng)接地電流超過保護(hù)設(shè)定值，采用消弧線圈接地不能自動(dòng)隨著電網(wǎng)參數(shù)的變化進(jìn)行最佳補(bǔ)償，電網(wǎng)只能運(yùn)行在過補(bǔ)償中，無(wú)法在欠補(bǔ)償狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行，更不能運(yùn)行在全補(bǔ)償狀態(tài)，電網(wǎng)出現(xiàn)故障發(fā)生跳閘、或出現(xiàn)重合時(shí)，參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，這時(shí)無(wú)法很好地控制脫諧度，電弧不能自動(dòng)熄滅的不跳閘，故障電流很大，會(huì)在接地點(diǎn)直接燃起電弧，出現(xiàn)弧光過電壓，造成非故障相對(duì)地的電壓過度升高，損壞絕緣，出現(xiàn)2點(diǎn)接地短路故障或多點(diǎn)接地短路故障，造成停電事故，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

（3）隨著城市用電負(fù)荷的急劇增長(zhǎng)，因受送電容量和線路走廊的限制，仍以10 kV架空線供電，已無(wú)法適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷，必須在市區(qū)內(nèi)使用大量埋地電纜進(jìn)行供電。因?yàn)閷?duì)地電容電流不斷增加，城市10 kV電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生接地故障的電流已遠(yuǎn)超10 A的限值，甚至遠(yuǎn)超20 A的限值。針對(duì)單相接地故障，如果電弧能量增加，單相接地故障就會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變成相間短路，造成10 kV故障回路電源斷路器強(qiáng)制性切斷電源，不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也就不存在了，即一個(gè)接地故障發(fā)生后無(wú)法保證供電不間斷，10 kV不接地就失去了其原本的意義。

3 10 kV配電網(wǎng)常見接地故障

（1）金屬性接地。導(dǎo)體與地之間完全接觸，且連接電阻非常小，此時(shí)的故障相電壓幾乎為零，非故障相電壓增大到與接近線電壓接近或持平的程度。

（2）非金屬性接地。指導(dǎo)體不完全接地，有時(shí)接通有時(shí)不接通且連接電阻很大，如果發(fā)生這種故障，此時(shí)相電壓處于零和相電壓之間，相電壓就會(huì)處于和線電壓與非故障相電壓之間。

（3）因?yàn)橛脩羰褂貌划?dāng)出現(xiàn)的單相接地。高壓?jiǎn)蜗嘟拥禺a(chǎn)生的最主要原因是用戶管理不當(dāng)。因?yàn)樵谂潆娋€路上，用戶的占比非常大，如果用戶的設(shè)備產(chǎn)生單相接地故障，查找難度大。查找用戶設(shè)備故障，要先要確定故障發(fā)生的范圍，然后再分開用戶設(shè)備的跌落式熔斷器。

（4）電網(wǎng)分支線高壓一相開路。電網(wǎng)分支線的高壓一相開路也就是高壓熔絲熔斷一相，這種情況大多發(fā)生在負(fù)荷相對(duì)較大的分支線路中，出現(xiàn)故障后，相電壓是正常相電壓的30.2倍，而非故障相電壓不發(fā)生改變或也是正常相電壓的30.2倍。

（5）電網(wǎng)分支線的高壓二相開路。即高壓熔絲熔斷二相。

（6）鐵磁諧振。在高壓回路中，因?yàn)殡姎庠O(shè)備如線路等對(duì)地存在分布電容，再加上非線性鐵磁元件如電壓互感器等存在電感，滿足諧振構(gòu)成的必要條件，如果系統(tǒng)電壓發(fā)生擾動(dòng)，會(huì)有激發(fā)諧振的可能，因?yàn)殍F磁元件的非線性，如鐵芯飽和時(shí)感抗減小，導(dǎo)致諧振的進(jìn)一步增大，一旦出現(xiàn)wL=1/wC，該諧振就是鐵磁諧振。鐵磁諧振對(duì)地過電壓非常高，很可能會(huì)達(dá)到額定電壓的幾倍甚至幾十倍以上，使瓷絕緣出現(xiàn)放電故障，絕緣子和套管等鐵件也會(huì)出現(xiàn)電暈，電壓互感器一次熔斷器熔斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。

4 消除10 kv不接地系統(tǒng)接地故障的措施

（1）加大隱患排查力度。對(duì)10 kV架空裸導(dǎo)線加大隱患排查力度，定期排查隱患，并使其與樹木、建筑物等保持一定的距離。

（2）加裝絕緣保護(hù)套。發(fā)生接地故障概率較高的線路加裝絕緣護(hù)套，市區(qū)或著叢林密集地區(qū)，可以選擇架空絕緣導(dǎo)線，不使用裸導(dǎo)線。

（3）選擇勵(lì)磁特性好的電壓互感器。從特性上進(jìn)行分析，產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因是鐵心出現(xiàn)飽和，也就是電壓互感器沒有很好的勵(lì)磁特性；電壓互感器非線性鐵磁特性會(huì)導(dǎo)致鐵磁諧振的產(chǎn)生，鐵磁元件的飽和效應(yīng)，也在一定程度上對(duì)過電壓的幅值產(chǎn)生限制；回路損耗也對(duì)諧振過電壓造成一定的阻尼和限制。因此，在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)首選勵(lì)磁特性好的電壓互感器替換原來(lái)的互感器。

（4）柱上斷路器和配電變壓器應(yīng)設(shè)置防雷裝置。在經(jīng)常開路運(yùn)行同時(shí)又帶電的柱上斷路器兩側(cè)、或隔離開關(guān)兩側(cè)設(shè)置防雷裝置，其接地線與柱上斷路器等金屬外殼連接并接地，且接地電阻≤10 Ω；配電變壓器防雷裝置的位置，最好與變壓器比較近，其接地線應(yīng)和變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)以及金屬外殼相連并接地。

5 小電阻接地系統(tǒng)

5.1 適用范圍及相關(guān)規(guī)范

（1）如果變電站每段母線單相接地故障電容電流＞100 A（35 kV系統(tǒng)為50 A），選擇小電阻接地方式。

（2）如果變電站單相接地故障電流的諧波分量＞4%，并且每段母線的單相接地故障電容電流＞75 A，選擇小電阻接地方式。

（3）系統(tǒng)變化具有較大的不確定性，電容電流增長(zhǎng)相對(duì)偏快的主城區(qū)，無(wú)論是不是全電纜系統(tǒng)，都可以選擇小電阻接地系統(tǒng)。

（4）小電阻接地成套裝置由接地變壓器、電阻、電流互感器、監(jiān)控裝置和外殼等組成。

5.2 與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相比的優(yōu)點(diǎn)

（1）發(fā)生單相接地時(shí)，相電壓升幅較小，對(duì)設(shè)備的絕緣要求可以降低?？梢韵拗平拥仉娏?，由于流過故障線路的電流大于不接地系統(tǒng)的電流，零序過流保護(hù)的靈敏度比較高，確定故障相對(duì)容易。

（2）由于電阻顯著的阻尼作用，可消除各種原因引起的系統(tǒng)諧振過電壓（如鐵磁、高頻、分頻諧振等）。

（3）能與線路零序繼電保護(hù)配合跳閘使用，絕緣要求低，可降低電網(wǎng)建設(shè)成本10%～20%。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，以及適應(yīng)用電量急劇升高的實(shí)際需求，電力企業(yè)及其工作人員要根據(jù)具體的用電實(shí)際，采用經(jīng)濟(jì)可靠的配電網(wǎng)接地方式，并做好必要的優(yōu)化及補(bǔ)償措施，使供電系統(tǒng)朝著現(xiàn)代化的方向不斷進(jìn)步。