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小电阻接地

0kV小电阻接地系统运行方式评价

摘要：

在对变电站在低压侧接地运行方式分析的基础之上，文章对10kV小电阻接地相关问题进行了研究和探讨，阐述了小电阻接地方式的优点及合理性，并对其进行了评价。

   关键词：

变电站；小电阻；接地系统；优点

   1.引言

   近年来，随着城市经济的迅速发展，一些大城市新发展的10kV配电网主要采用地下电缆，使对地电容电流大大增加。

如果采用消弧线圈接地，则需要较大的补偿容量，而且要配置多台。

10kV配电网线路在运行中操作较多，消弧线圈的分接头及时调整有困难，容易出现谐振过电压现象。

因此我国许多大城市10kV配电网采用了中性点经小电阻接地方式来解决这一问题。

10kV中性点小电阻接地方式在我国投入运行时间不长，本文就小电阻接地系统实际运行情况进行了分析，实践证明此种接地方式的选择是合理的，下面就相关问题进行阐述和分析，并给予评价。

   2.小电阻接地方式的分析

   一般对于郊区变电站10kV侧带出线的变电站采用的是消弧线圈接地方式，对于核心城区变电站采用的是小电阻的接地方式，小电阻接地方式在某些方面弥补了消弧线圈运行方式带来的不足。

   2.1消弧线圈接地方式缺点

   近年来，随着我国城市电网的发展，城市居民的增多，10kV出线中电缆所占的比重越来越大，中性点经消弧线圈接地运行方式的缺点日渐暴露，主要原因为：

（1）消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流误差较大，有些甚至可达15%，运行中就发生过由于实际电流值与铭牌数据差别而导致谐振的现象。

（2）计算电容电流和实际电容电流误差较大，对于电缆和架空线混合的出线，单位长度的电容电流也不尽相同，消弧线圈补偿的正确性难以保证。

   （3）出线电缆的单相接地故障多为永久性故障。

由于中性点经消弧线圈接地的系统为小电流接地系统，发生单相接地永久性故障后，在接地故障点的检出过程中，这对城市中人口密集的现状而言，事故的后果会非常严重。

   （4）中性点经消弧线圈接地系统仅能降低弧光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压的幅值，将使系统设备长时间承受过电压作用，对设备绝缘造成威胁。

综合以上分析，就要考虑小电阻的接地方式。

   2.2小电阻接地方式

   2.2.1应用介绍

   近些年随着配电网的高速发展，电缆线路的比重越来越大，使线路电容电流的数值大幅度增加。

据最近对部分变电站电容电流的测量，某些变电站（全站总的接地电容电流已达420A，而且有些变电站接地电容电流的计算值和实测值相差较大，在市中心、经彻底改造的繁华市区以及新建大型工业区和住宅区，以电缆线路为主的配电网，主要考虑性点经电阻接地的运行方式。

在城市近郊工业区，目前仍以消弧线圈接地为主的运行方式，中性点经电阻接地方式，瞬时性故障后保护动作跳闸，可以最大限度的保证正式中心区接地点的人员安全，将事故影响减小到最小，截止目前，北京核心城区变电站10kV低压侧多采用的是低电阻接地运行方式。

   2.2.2优点

   对于城市核心区中心变电站采用小电阻接地方式，具有如下优点：

虽然不如消弧线圈那种方式下，事故时可以坚持运行1~2个小时，但是它可以立即切除故障，最大限度的保证了核心城区的居民安全，减少了事故影响，它的优越性还体现在：

（1）经低电阻接地这种接地方式可以降低弧光接地过电压倍数，破坏谐振过电压的发生条件。

（2）当发生单相接地故障时，可以准确迅速地判断出故障线路，并在很短的时间内切除，使设备耐受过电压的时间大幅度缩短，为系统设备降低绝缘水平创造了有利条件，使系统运行的可靠性增加。

   （3）中性点经电阻接地的配网系统中，当中性点电阻阻值不是很大时，当接地电弧熄弧后，零序残荷将通过中性点电阻提供的通路泄放掉，所以当发生下一次燃弧时，其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，并不会象中性点不接地或经消弧线圈接地系统，由于多次燃弧、熄弧而使过电压幅值升高。

   （4）在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，如果架空线路断线，此时缺相运行，落下来的导线对于人身将会造成较大的威胁，如果人恰好误碰该导线而且不易立即脱离电源，这时会危及到人身安全，如果绝缘线恰好落在繁华地区，引起的人身伤害将更加严重。

但在中性点经低电阻接地系统中，如果绝缘线落地发生金属性接地，保护正确动作后切除电源，此时是比较安全的。

但是如果绝缘导线非金属性接地时，掉在地面上的电流与断裂端头绝缘的状态密切相关，如果在清洁、干燥条件下几乎可以承受相电压而不建弧，此时保护不能正确动作情况类似于不接地或消弧线圈接地系统；如果掉在湿地上电流较大，保护能正确动作，这时也是比较安全的。

所以综合两种情况而言，对于人身直接接触高压的安全性方面，采用低电阻接地系统比不接地或消弧线圈接地系统有一定的优势。

   （5）对于消弧线圈接地方式，当发生单相接地故障时，目前是采用选线装置来寻找故障点，这种方式很不准确，而且易引发其它故障（如相间故障）；采用手动点掉再重合，逐路拉试，影响供电可靠性。

采用低电阻接地后，可以通过继电保护及时将故障线路跳开，无需人工进行查找切除。

   3.小电阻接地运行方式评价

   3.1供电可靠性

   10kV中性点不接地或经消弧线圈接地方式与中性点经低电阻接地方式或直接接地方式相比，最大的优点是在发生单相接地故障时，该系统可带单相接地故障运行2小时，获得足够的时间排除故障，以保证对用户的不间断供电，但这一优点在以电缆为主的城市配电网中并不突出。

   主要是原因为：

（1）当发生接地故障时不应带故障运行,若长时间带故障运行，还可能造成电缆着火。

（2）从实际运行情况看，单相接地故障引发的相间短路故障较多，反而扩大了停电范围，尤其是当发展为母线短路故障时，相当于变压器出口短路，从而可能造成变压器损坏。

   改成低电阻接地方式运行情况分析：

（1）绝缘事故的降低，对供电可靠性的间接提高降低了母线绝缘故障的概率。

（2）保护配置得当，可不降低供电可靠性，对电缆线路为主的配电网中的架空线路，可依靠自动重合闸来减少停电时间，由于重合闸的成功率较高，所以对用户的停电时间不会有所增加。

   3.2有利用降低谐振过电压

   中性点经电阻接地方式由于在零序网络中接入了电阻，是消除PT谐振过电压的有效方法之一。

从限制PT谐振过电压的角度出发，一般认为在单相接地故障电流中，如果电阻电流大于容性电流，就可以有效地限制PT谐振谐振过电压，而这对一般网络是很容易满足的。

   变电站在中性点不接地时，采用单相接地熔丝熔断来激发出的基频PT谐振，在投入中性点接地电阻后，接地熄弧后零序电压很快衰减为零，基频谐振被消除；分频谐振采用了和激发基频谐振同样的方法，投入电阻后，接地消失后零序电压很快消失，谐振被消除；高频PT谐振采用空投母线的方法，在中性点不接地时，经三次空投，均激发出稳定的二倍频谐振，在投入接地电阻后再次空投均未出现谐振现象。

对于北京城区配电网，由于电缆线路所占的比例越来越大，发生PT谐振的几率很小。

另外，当采用中性点经电阻接地以后，中性点电阻对PT谐振过电压有很强的抑制作用。

   3.3保护方式的采用

   中性点经低电阻接地后，保护的配置可以通过时间进行配合，使故障停电范围缩到最小。

对单相故障而言，故障电流增大，并有零序电流产生，因而保护配置应增加零序保护。

根据经验，保护配置宜采用不同时限的零序电流保护，保护配置还应考虑：

（1）线路采用零序电流互感器和反应工频电流值的零序电流接地保护作为单相接地主保护，作用于跳闸。

（2）保护整定值躲过本段电容电流。

    （3）零序动作定值的整定原则：

零序速断0.2s，对快速开关而言，级差可以选为0.3秒或者0.5秒，如图一所示：

如果用户端选为0秒,则开闭站可选为0.3或0.5秒;出线开关0.6或1.0秒动作，母联开关选0.9或1.5秒动作。

   （4）灵敏度选择

对于金属性短路（单相接地），因为比任何一条10kV馈出线路的运行电容电流都大得多，保护灵敏度显然没有问题。

但如果经过渡电阻接地时，对运行电容电流较大的出线回路，灵敏度可能不够，对于电缆线路由于单相接地的过渡电阻一般较小，灵敏度没问题。

   （5）本段母线电压互感器的开口三角3U0作为信号。

   （6）零序CT最好采用套在三相电缆上的单个CT方式，以避免三个CT的误差和饱和差异所造成的不平衡电流。

   4.总结

基于城区10kV配电网电缆线路比例大，导致电容电流大，补偿困难以及城区中的架空线路已逐步实现绝缘化的特点，与中性点绝缘或经消弧线圈接地方式相比，城区10kV更适合采用中性点经低电阻接地方式。

小电流及小电阻接地方式问题分析

2005-11-29    阅读次数:

399次

　　摘  要：

通过阐述10kV系统小电流接地及小电阻接地方式的特点，针对生产运行中出现的问题进行分析，提出解决方案。

　　关键词：

中性点；小电流；小电阻；接地

　　在电力系统的安全问题上，必须避免的灾害性事故是重大设备损坏，因补偿不足产生谐振过电压，造成设备损坏现象时有发生。

电力中性点的运行方式对电网经济性、安全可靠性影响重大

　　1中性点的运行方式

　　中性点的运行方式主要分两类：

直接接地和不接地。

　　1.1  直接接地

　　变压器中性点直接接地，地网接地电阻小于0.5欧姆或更小。

其特点是供电可靠性低，因系统中某相接地时，出现了除中性点外的另一个接地点，构成了一个短路回路，其它两相对地电压基本不变，接地点的电流很大，甚至会超过三相短路电流，因此又称大电流接地系统。

为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相。

　　1.2  不接地系统

　　不接地系统包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接两种方式，地网接地电阻小于10欧姆。

其特点是供电可靠性高，因这种系统中某相接地时，不构成短路回路，接地相电流也不大，因此又称小电流接地系统，不必迅速切除接地相，但这时接地相对地电压降低，金属性接地时对地电压降至零，非接地相的对地电压升高，最高达到线相电压，对绝缘水平要求高。

　　在电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占很大比例，降低绝缘水平带来的经济效益很显著，一般采用中性点直接接地方式，因此在我国110kV及以上系统，中性点采用直接接地，60kV及以下系统采用中性点不接地。

　　2  中性点经消弧线圈接地

　　根据《电力部部颁规程交流绝缘DL-T620-1997》在3～60KV网络，容性电流超过下列数值时，中性点应装设消弧线圈：

3～10KV网络10A；35～60KV网络10A；单相接地残流不大于10A。

　　由于导线对地有电容，中性点不接地系统中某相接地时，接地点接地相电流属容性电流，而且随网络延伸，电流也越大以至完全有可能使接地点电弧不能熄灭并引起弧光接地过电压，甚至发展成严重系统事故，由于装了消弧线圈，构成了另一个回路，接地点接地相电流中增加了一个感性电流分量和装消弧线圈前的容性电流分量相抵消，减小了接地点电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。

　　中性点经消弧线圈接地时又分过补偿和欠补偿。

过补偿：

指感性电流IL大于容性电流IC时的补偿方式；欠补偿：

指感性电流IL小于容性电流IC时的补偿方式。

　　2.1  运行中存在的问题

　　为适应城市规划和市政建设的需要，城市电网已逐步实现电缆网供电。

在负荷密集、供电半径短，以电缆线路为主且多数用户具备双电源或已形成环网的中性点不接地方式暴露出许多问题：

　　A、对地电容电流增大，造成消弧设备增加，增加了投资并多占了空间。

　　B、消弧线圈的分接头必须随运行方式而调整补偿度，操作繁琐，变电站运行人员操作量增大。

　　C、10kV配电系统为中性点不接地或经消弧线圈接地方式，绝缘标准较高，根据规程规定，这种方式在发生单相接地故障时可继续运行2小时。

这种接地方式的过电压高，包括工频过电压、弧光接地过电压、各种谐振过电压，且持续时间长，特别是10kV中性点不接地系统在一定的条件下，极度易引起铁磁谐振过电压事故，导致电压互感器烧毁或熔丝熔断，避雷器爆炸等危害，它们对设备绝缘和氧化锌避雷器的安全运行是一种较严重的威胁。

　　D、当发生单相接故障时，寻找接地点很麻烦。

　　E、不接地系统发生单相接地故障可运行2小时，因电压升高，不利于氧化锌避雷器的应用。

　　2.2  解决措施

　　A、产生谐振条件是ZL=ZC，其原因是脱谐度不够，PC不配合。

下列激发条件可造成谐振：

电压互感器的突然投入；线路发生单相接地（包括弧光接地）；系统运行方式突然改变或某些电气设备投切；系统负荷发生较大的波动；电网频率波动；负荷的不平衡变化等。

发生铁磁谐振过电压主要是在外界激发条件作用下，使压变饱和，中性点产生位移电压而发生的，同时要符合以下四个条件：

电源变压器为三角形接线或中性点不接地的星形接线，以及中性点不接地的电网；单台或多台电压互感器的中性点直接接地，同时零序电压线圈接近开路状态；母线或电网各相的对地电容与电压互感器各相的对地电感相接近，且初始感抗必须大于容抗；因电压或励磁涌流的冲击，使电压互感器的铁芯三相发生不同程度的饱和，当电源投入或单相接地故障清除时，以及瞬间的传递过电压发生时，均可激发铁磁谐振过电压。

　　B、消除谐振要及时改变网络参数。

发空母线时，因三相对地电压不平衡产生谐振，谐振激化原因是电压高、负荷重，采取发出消弧线圈或一条线路、一条电缆、电容器即可消除。

当合母联时发生谐振应拉开母联，退回原操作；母线带特定长度的线路，如拉合线路间某油闸出现谐振，退回原操作。

或采取移油闸躲开谐振。

　　C、接地、PT保险断与谐振区别：

发生接地时接地相电压降降，可降至零，其他两相电压升高，无弧光产生；PT保险断时断相电压为零，其他相电压保持不变，PT保险断时经常发生在突然接地或雷击情况下；而发生谐振时母线发出“咝咝”声。

　　3  小电阻接地系统

　　中性点经小电阻接地的系统称为小电阻接地系统。

其特点是：

　　A、降低单相接地工频过电压，消除了PT谐振过电压和大部分断线谐振过电压。

发生单项接地时，接地相对地电压很低，金属性接地时对地电压降至零，其它两相对地电压略有升高。

　　B、避免了行人触电事故的发生。

由于接地点对地电压很低，接地点周围的跨步电压也很低，减小了对接地点周围的行人产生的危害。

　　C、中性点经电阻接地方式为10kV电网中使用残压最低的氧化锌避雷器创造了条件。

　　D、在北京地区采用中性点经10欧姆电阻接地，零序电流接地相的电流根据接地点的电阻和中性点电阻之和而变化，在金属性接地时对地电流不超过600A。

　　3.1  存在的问题

　　A、变电站中性点经消弧线圈接地方式改为经小电阻接地方式后，用户内部接地方式没有改造或零序保护没有投入，用户内部单相接地故障引起上级保护动作。

　　B、架空线路、电缆线路保护整定值不同，如果线路资料不齐全，易造成定值误整定。

　　C、在保证人身安全的前提下，零序保护配置存在线路零序保护定值误整定或开关拒动情况下，接地变保护动作跳闸，造成变电站母线失电现象。

　　D、电缆接地线的穿入零序CT方法不正确，造成保护动作不正确。

　　E、当线路出线为双电缆时，CT二次接线不正确，易造成保护拒动。

　　3.2  解决措施

　　A、当出线为双电缆时，两只CT二次应并联接线，为确保保护正确动作，不能漏接线。

　　B、由于小电阻接地系统发生单相接地时故障点电流可能很小，保护定值较小，采用合成法形成零序电流比较困难，一般出线采用电缆外套装可拆卸CT。

当套装CT时，应注意电缆接地线的穿入方法并检查CT二次连片是否安装牢固。

　　C、接地变的零序CT装于接地变与小电阻之间的引线处，接地变本身无专用断路器时，其零序保护一段时间吊母联，二段时间吊主开关，三段时间切除主变 ，接地变本身不再装设其他保护，当变压器所代负荷为架空和电缆混合线路时，接地变零序保护的电流定值应以作为架空线路后备为原则，在线路零序保护定值误整定或开关拒动情况下，接地变保护动作跳闸，造成变电站母线失电现象。

　　D、架空线路故障时故障电流可能很小，但故障点跨步电压较低，对人身危害较小，采用低定值；电缆线路故障时故障电流较大，定值较高；对已改造为小电阻接地方式，用户的接地方式需同步改造，并要求投入零序保护。

　　结  论

　　在以架空线为主体的配电网中，外力或雷电造成的瞬时单相接地故障占很大比例，因此，在这类配电网中采用中性点经消弧线圈接地方式的优越性是明显的；在城市中心区，配电网以电缆线路为主，为解决经消弧线圈接地方式出现的诸多问题，配电系统中性点采用小电阻接地方式。