低電阻接地裝置在10kV配電網系統中的應用分析

魏 程

（中海石油寧波大榭石化）

0 引言

10kV配電網系統接地方式的選擇需要考慮眾多因素，如電力系統的運行安全性、可靠性等。作為城市電網建設的重要組成部分，很多城市建設的10kV配電網主要是以手拉手供電和多電源供電為主，但這會延長電纜線路的長度。電纜線路具有較大的接地電容電流，一般不會出現單相接地，但一旦發生故障，將會成為永久性故障，危及電網正常運行。為此，按照GB／T 50064-2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定，中性點非有效接地方式有四種，即中性點不接地、中性點低電阻接地、中性點高電阻接地、中性點諧振接地。本文主要圍繞低電阻接地裝置在10kV配電網系統中的應用展開分析。

1 低電阻接地裝置

1.1 低電阻接地裝置優勢

對比中性點非有效接地的四種方式，總結低電阻接地的應用優勢如下：第一，投入使用后，可以有效降低單相接地工頻過電壓和弧光接地過電壓倍數，并對諧振過電壓發生條件造成破壞，使PT諧振過電壓、部分斷線諧振過電壓得到消除［1］。如果系統出現單相接地現象，那么接地相的對地電壓相對較低，發生金屬性接地，對地電壓會下降為零，其余兩相對地電壓則會有略微增加。第二，通過低電阻接地裝置，可以降低觸電事故發生率。因為接地點對地電壓非常低，接地點附近跨步電壓也是如此，這便不會因接地點而危及行人的人身安全。第三，如果出現單相接地故障，通過低電阻接地裝置可以迅速做出判斷，確定故障線路后切斷，有效縮短了設備經受過電壓的時間，保護了系統設備的絕緣水平［2］。第四，中性點經電阻接地，在配網系統內部，如果中性點電阻值小，那么在接地電弧熄弧之后零序殘荷通路泄放，后續燃弧的過電壓幅值與正常狀態下發生單相接地故障的情況一致。第五，低電阻接地裝置利用繼電保護快速跳開故障線路，不需要人工查找故障線路并予以切除。

1.2 低電阻接地保護要求與參數

1.2.1 配置要求

中性點經過低電阻接地，配合保護配置后縮小因故障造成的停電范圍。發生單相故障后，將會增加故障電流，同時形成零序電流，所以建議保護配置新增零序保護。除此之外，在配置方面還需注意以下要求：

第一，線路方面，單相接地保護建議選擇零序電流互感器，或者能反映工頻電流值的零序電流接地保護。第二，在零序動作定值整定過程中，將零序速斷控制在0.2s，快速開關的級差選擇0.3s或0.5s［3］。第三，與其他10kV饋出線路運行電容電流相比，金屬性短路的電流比較大，所以可以保證保護的靈敏度。若經過渡電阻接地，出線回路運行電容電流較大的情況下，可能很難保證靈敏度。電纜線路的單相接地過渡電阻通常較小，這能夠有效保證靈敏度。第四，建議將零序CT套于三相電纜單獨CT上，以免CT誤差、飽和差異形成不平衡電流。第五，因為低電阻接地系統單相接地，對應故障點的電流和保護定值小，很難使用合成法產生零序電流，所以，建議采取電纜外套安裝可拆卸CT的方式。安裝過程中工作人員需采用電纜接地線穿入方法，詳細檢查CT二次連片的牢固性。

1.2.2 配置參數

基于上述介紹，低電阻接地裝置技術參數見表。

表 低電阻接地裝置技術參數

2 低電阻接地裝置的應用策略

2.1 對比中性點不接地及諧振接地多種方法

10kV配電網系統中一旦發生單相接地故障，一般可在故障狀態下繼續運行2h。負荷能夠承受三相線電壓依然保持對稱，故障點電流小，保護裝置無需馬上跳閘［4］。這種接地方式可以保證供電的穩定性，但是卻有可能發生鐵磁諧振過電壓或操作過電壓等現象。中性點諧振接地一旦出現單相接地短路故障，同樣可繼續運行2h，當應用消弧線圈后，接地電容電流以較快的速度降低，故障點殘余電流已經下降至不超過10A，此時故障點電弧再次復燃的可能性低，以免事故的波及范圍擴大。除了上述優勢，消弧線圈投入運行后也存在諸多弊端，例如無法消除5次諧波，如果發生故障后沒有及時處理，或者是處理時間較長，中途很容易發生相間短路。選線裝置合格率不達標，會造成中性點電位偏移、虛假接地等現象。為此，在選擇中性點不接地及諧振接地方式時，需要經過多方對比，了解每種方式的優缺點。

2.2 合理選擇中性點經低電阻的接地方式

選擇中性點經低電阻接地方式時，一般會在形成單相接地故障之后，此時會有間歇性弧光過電壓產生，電阻器使放電電磁能量有相應的通路，完成能量的泄放，以此來降低電網中性點電位。故障相恢復時電壓的提升速度也會相繼降低，并且一般不會再發生電弧點燃的現象，有效抑制了電網過電壓幅值，完成選擇性接地保護。

當出現了單相接地故障后，繼電保護將會瞬間跳閘。按照現有接地試驗檢測數據，發生5次諧波電流，在接地電容電流中基波分量的最高占比可達15%，此部分電流將會加劇絕緣損壞，并且會有相間短路現象發生［5］。此時應用低電阻接地裝置，便可以將弧光接地過電壓的5次諧波予以消除，避免擴大故障影響范圍，也可有效降低發生火災的概率。將中性點不接地、中性點諧振接地兩種方式進行對比，調查發現中性點諧振接地方法的故障次數有效減少23%，為線路或系統的運維提供了便利。

低電阻接地之后，電阻主要起到阻尼諧振的效果，并加強中性點電位穩定性，以免發生諧振過電壓。由于過電壓水平較低，所以建議采用低絕緣水平的電纜以及電氣設備，從而有效節約成本。另外，一旦發生單相接地故障，即便項目電纜遭到破壞，故障點和電纜外金屬護套兩個部位短路，依然可以馬上實施保護動作，保護相關人員的人身安全［6］。

10kV配電網中應用低電阻接地方式（如圖所示）在行業內已經十分普遍，而且在北京、上海等地已經投入使用。以某地10kV配電網為例，其未改造時，10kV開關柜和母線絕緣子燒壞等故障頻繁發生，甚至曾在110kV變電站發生了10kV母線短路而導致主變壓器故障的情況。經過10kV接地方式改造之后，利用低電阻接地裝置有效杜絕了設備燒壞等故障。

圖 低電阻接地方式

2.3 結合實際設定并調整裝置設備參數

對于低電阻接地裝置應用于10kV配電網系統，科學地設置參數尤為重要，下面以某項目為例進行分析。該項目為110kV變電站，主要為附近的工礦企業以及居民區提供電力支持。按照轄區范圍內供電公司運維站采集的數據顯示，110kV變電站接地變裝置、消弧線圈成套裝置共有兩套，并分別在10kVⅠ和Ⅲ段母線上安裝，于2016年、2020年投入使用，原參數如下：①10kV 1、2號接地變消弧線圈裝置的容量相同，即1100／1000kVA；②最大補償電流為165A；③10kVⅠ段的母線系統電容電流為155A，10kVⅡ與Ⅲ段的母線系統電容電流是152.3A。經過檢查發現，兩套消弧線圈已經臨近欠補償限值。隨著此變電站供電區域經濟水平的提升，今后還會增加用電負荷與電容電流，并且已經有兩組消弧線圈容量不符合電網要求?；诖?，根據當地電力公司企業標準，要求變電站每段母線單相接地故障的電容電流超過100A，且35kV系統是50A，此時需要采用低電阻接地方式。另外，選擇10kV接地變與低電阻成套時，同樣需要按照當地電力公司的規范，確定中壓系統中性點接地方式，將單相接地短路電流設定為600A，由此計算低電阻阻值。低電阻值計算公式為：

其中，UN是系統線電壓；Ur是電阻額定電壓；RN是中性點接地電阻值；Id是單相接地電流；Sr是電阻消耗功率。按照《導體和電器選擇技術規定》，計算得出各階段的變壓器短時容量為SN≥Pr＝3819kW，接地變過載時間以10s為標準，確定10s過載系數是10.5，則按照公式S＝363kVA，接地變容量確定為400kVA。

3 結束語

綜上所述，在10kV配電網系統中運用低電阻接地裝置，一方面有利于進一步加強系統運行穩定性，另一方面也可以自動確定故障電路，避免人工操作可能造成的事故，或者因故障而危及工作人員人身安全。未來，在城鎮配電網建設與維護中，也需要進一步加大對低電阻接地裝置的關注，為維護配電網系統穩定性提供助力。