某變配電室多電源系統(tǒng)接地做法的糾正實例

冀 超（北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司， 北京 100080）

1 變配電室工程概況

某變配電室位于建筑地下室，是一座 10 kV 變配電室。高壓側分別采用兩路 10 kV 專用線路供電作為進線電源，該變配電室經(jīng)兩臺變壓器變壓后輸出電壓 0.4 kV，變壓器容量為 2 000 kVA，其主接線形式為單母線分段。兩路電源同時供電，分列運行，兩進線斷路器與母聯(lián)斷路器設有電氣及機械連鎖，任何情況下只能合其中的兩個斷路器；母聯(lián)斷路器為 3 級斷路器且采用手動方式投切。該變配電室作為該工程總變配電室，同時起到 10 kV 高壓分路的作用，為其余分變配電室提供 10 kV 電源。

2 原設計圖紙接地系統(tǒng)

在該變配電室施工前，作為本工程電氣專業(yè)監(jiān)理，筆者在審核施工圖紙時注意到本變配電室內(nèi)的設計接地形式為 TN-C-S 系統(tǒng)，原設計圖紙要求每臺變壓器低壓出線側的 PEN 母線在相應低壓進線柜側做接地連接，并且分別接至變配電室總等電位。

圖 1 原設計接地系統(tǒng)圖

如圖 1 所示，變壓器 1 與變壓器 2 電源母線之間設計采用 3 級聯(lián)絡開關，正常工作狀態(tài)下聯(lián)絡開關處于斷開狀態(tài)，每臺變壓器只帶各自負荷進行工作，當一臺變壓器出現(xiàn)故障后，聯(lián)絡開關閉合，另一臺變壓器承擔全部負荷。系統(tǒng)中的 PEN 母排、PE 母排是連通的。此系統(tǒng)圖中，變壓器 1 及變壓器 2 下端的低壓進線柜內(nèi)的 PEN 母排均與 PE 母排進行了短接，并且與變配電室總等電位進行連接，相當于接地連接。在正常工作狀態(tài)下，用電設備的 N 線工作電流應包含零序諧波電流（一些非線性負載導致）與三相不平衡電流，PE 線只流過少量的泄漏電流。若接地系統(tǒng)采用上圖做法，在確保自變壓器低壓側中性點引出的 PEN 線絕緣良好的前提下，變壓器 1 所帶負荷的下級配電箱及用電設備工作產(chǎn)生的 N 線電流，以正常路徑按照圖示箭頭，經(jīng)下級配電箱 N 線—主母線 PEN 母排—A點—進線柜 1 PEN 母排—變壓器 1 中性點。這是期望路徑，但并非是 N 線電流返回變壓器 1 中性點的唯一路徑。N 線電流同時會流向 PEN 母排右邊經(jīng)過 C 點—D 點—PE 母排—B 點—A 點—進線柜 1 PEN 母排—變壓器 1 中性點。另外，筆者認為還會有少量的 N 線電流會經(jīng)變配電室總等電位回到變壓器 1 中性點。同理，變壓器 2 的中性線電流也會通過此種方式返回變壓器 2 的中性點。

若按照此種接地方式施工，將會導致 N 線電流不是通過唯一路徑返回變壓器中性點，而是在 PEN 線和 PE 線之間形成一條閉合回路，使得部分 N 線電流流入 PE 線而形成雜散電流。雜散電流可能會引起以下電氣危害：①雜散電流可感應產(chǎn)生雜散電磁場，干擾敏感信息設備的正常工作；②雜散電流可能因不正規(guī)通路的導電不良而打火，點燃可燃物；③雜散電流如果以大地為通路返回電源，可能會形成電池，因電化學而腐蝕接地極、地下基礎鋼筋或金屬管道等。長期存在雜散電流，其危害是非常明顯的。其中，最明顯的不良后果是影響變配電室內(nèi)全面檢測接地故障的火災漏電報警系統(tǒng)的動作有效性，變配電室因采用微機控制而失效，等等。尤其是在有大量信息系統(tǒng)的建筑物內(nèi)，雜散電流流入建筑等電位后產(chǎn)生的雜散電磁場會給某些敏感信息設備帶來更大的危害。綜上所述，監(jiān)理在審圖后對原設計的接地做法提出否定意見。

3 電力施工單位提出的接地做法

在對原設計接地做法提出否定意見后，電力施工單位提出了他們的施工做法，認為：按照以往施工經(jīng)驗，采用 TN-S 接地系統(tǒng)不僅可靠，而且不需要考慮 PEN 線多次接地的問題。他們希望將變配電室內(nèi)的多電源接地方式由 TNC-S 系統(tǒng)改為 TN-S 系統(tǒng)，分別從 2 臺變壓器低壓側中性點直接引出接地導體連接至總等電位箱內(nèi)銅排做接地連接，再從總等電位箱內(nèi)接地銅排處引出 PE 線接至 PE 母排（見圖 2）。

圖 2 電力施工單位提出的接地做法

此種做法使得變配電室內(nèi)接地方式變?yōu)?TN-S 系統(tǒng)。我們知道，對于單一電源供電系統(tǒng)，采用 TN-S 接地系統(tǒng)或 TN-C-S 接地系統(tǒng)供電都是可以正常工作的；而對于多電源系統(tǒng)，經(jīng)過分析，筆者認為，此種接地做法同樣不可取。從表面上看，N 線與 PE 線自變壓器中性點處就分開，且不存在 PEN 線，也就不會出現(xiàn)雜散電流的可能性。但是，事實上并非如此，分析圖 2 可以看出，變壓器 1 所帶負荷的下級配電箱及用電設備在正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的 N 線電流經(jīng)過正常路徑 A 點回到變壓器 1 的中性點，同時也會有一部分 N 線電流通過非正常路徑 C 點經(jīng)過變壓器 2 的 N 母排回到總等電位銅排，再通過總等電位流回到變壓器 1 的中性點，導致了 N 線電流返回路徑不唯一，因此也會產(chǎn)生雜散電流。不僅如此，在正常工作時部分 N 線電流會流過總等電位箱內(nèi)銅排，若等電位箱內(nèi)銅排與自變壓器中性點引來的接地導體出現(xiàn)虛接的情況，有可能導致總等電位處電勢升高，存在一定的危險性，極易造成人身觸電或起火事故。據(jù)筆者了解，目前大部分電力施工單位采用此種接地做法施工，在多電源系統(tǒng)單母線分段接線、母聯(lián)開關未采用 4 級開關斷開 N 線的情況下，就會導致上述問題出現(xiàn)。

以上兩種接地方式與已作廢的 GB 50303—2002《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中強制條文規(guī)定的變壓器中性點應直接接地的說法等同，做法均存在片面性。按原規(guī)范做法，單電源接地系統(tǒng)采用這種連接方式并不存在問題，但如果按多電源系統(tǒng)仍然采用變壓器中性點直接接地的做法，就會在變配電系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)“多點接地”，從而出現(xiàn)雜散電流。雜散電流會通過多臺變壓器的接地點之間形成額外返回通路，這也是多電源供電系統(tǒng)不適用“多點接地”的根本原因。因此，最新版 GB 50303—2015《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中 4.1.2 條已經(jīng)調(diào)整為變壓器中性點的接地連接方式及接地電阻值應符合設計要求。做出此種調(diào)整的原因是針對多電源供電系統(tǒng)，若是因采用變壓器中性點直接接地的方式而導致方法不當，則中性線電流可能會通過不期望的路徑流通而引起火災、腐蝕或電磁干擾等情況。綜上所述，電力施工單位提出的接地做法同樣不可行。

4 改進方案

在對原設計及電力施工單位提出的接地做法均提出否定意見的情況下，項目負責人組織相關電氣專業(yè)人員召開專題會議，筆者在會上提出將接地做法作如下改進。

圖 3 最終確定的接地做法系統(tǒng)圖

在進線柜 1 中，變壓器 1 中性點引來的 PEN 母排與 PE 母排短接后直接接至變配電室總等電位進行接地連接。在進線柜 2 內(nèi)，不將 PEN 母排與 PE 母排再次短接，并且 PE 母排不再次進行接地連接，以保證系統(tǒng) PEN 母排與 PE 母排及總等電位僅連接 1 次，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的“一點接地”。此時，對變壓器 1 所帶負荷的下級配電箱及用電設備正常工作時的 N 線電流進行分析，其從用電設備 N 線—主母線 PEN 母排—A 點—進線柜 1 內(nèi) PEN 母排—變壓器 1 中性點，僅存在此唯一路徑。同理，變壓器 2 所帶下級用電設備的中性線電流也僅通過此路徑經(jīng) C 點返回變壓器 2 的中性點。需要特別注意的是，必須確保 PEN 線對外絕緣，在與 PE 線短接之后不允許與 PE 線再次連接。采用這樣的接地做法可以保證N線電流僅有返回相應電源中性點的唯一路徑，PE 線不會流過 N 線電流，因而不會產(chǎn)生雜散電流。當然，為了安全起見，下級配電處的 PE 線因不承載工作電流，可多次進行保護接地連接而不會產(chǎn)生雜散電流（僅有少量泄露電流，可忽略不計）。此方案最終得到認可并得到實施。

5 總 結

經(jīng)過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、查閱資料、提出新方案到最終實施這一系列過程后，目前本工程變配電室已竣工驗收合格并正常投入運行。經(jīng)過多次測量，各項電氣參數(shù)均正常，使用功能均能滿足設計要求，并有效避免了產(chǎn)生雜散電流的問題。然而，有些項目由于設計或施工人員未對此項內(nèi)容給予足夠重視，導致出現(xiàn)多電源系統(tǒng)接地做法不規(guī)范的情況。當產(chǎn)生雜散電流后，可能在短時間內(nèi)無法察覺其危害，對其產(chǎn)生的干擾電壓也需要通過較為精密的儀器才能測出，但長此以往，其危害不容小覷。因此，筆者以自己親身經(jīng)歷的項目進行案例分析，以此強調(diào)變配電室內(nèi)“一點接地”對避免出現(xiàn)雜散電流的重要性。經(jīng)過查閱相關標準，引用 GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》中對多電源系統(tǒng)接地做法的相關要求，筆者得出以下結論：對于具有多電源的 TN 系統(tǒng)，應避免工作電流流過不期望的路徑；對用電設備采用單獨的 PE 和 N 的多電源 TN-C-S 系統(tǒng)，在僅有兩相負荷和三相負荷的情況下，在相導體之間無需配出 N，PE 宜多處接地。對于具有多電源的 TN 系統(tǒng)，應符合下列要求：

（1）不應在變壓器的中性點或發(fā)電機的星形點直接對地連接；

（2）變壓器的中性點或發(fā)電機的星形點之間相互連接的導體應絕緣，且不得將其與用電設備連接；

（3）電源中性點間相互連接的導體與 PE 之間，應只一點連接，并應設置在總配電屏內(nèi)；

（4）對裝置的 PE 可另外增設接地。