10kV配電網中性點小電阻接地系統(tǒng)變電所的設計要點

1、現(xiàn)代建筑電氣篇（2007 M 8?工程設計唐韶華（1965,男，高級工程師，從事建筑電氣設計方面的工作。10kV配電網中性點小電阻接地系統(tǒng)變電所的設計唐韶華（蘇州市建筑設計研究院有限責任公司,江蘇蘇州 215002摘 要:部分地區(qū)已經將10k V配電網由中性點不接地系統(tǒng)或經消弧線圈接地系統(tǒng)逐步改為小電阻接地系統(tǒng)。指出了在10k V配電網不同的接地系統(tǒng)，特別是中性點小電阻接地系統(tǒng)中,10k V變電所的設計應當注意的問題。關鍵詞:變電所設計；小電阻接地系統(tǒng)；中性點接地；配電網中圖分類號:T M863 文獻標識碼:B 文章編號：100125531（2007 0820030204Substa ti o

2、n D esi gn for L ow Resist ance Neutra l Earth i n gSystem i n 10kV D istr i buti on NetworkTAN G Shaohua（Suzhou I n stitute of A rchitectural Co . , td, Abstract:The n eutral earthi ng syste m in 10k V ork has cha nged fr om n eutralnon 2earth ing or earth ing via arc supp coil t l in s ome areas .

3、 The questi ons thatshould be concerned in syste m s, es pecially in n eutral l ow resista nee earthi ng .Key subst a on desi gn; low resist ance earth i n g syste m; n eutra l earth i n g; d istr i buti on n etwork0引言電力網的中性點接地方式的內容涉及面很廣。它對供電系統(tǒng)的供電可靠性、設備的絕緣水平、斷路器等高壓電器的選擇、繼電保護、通信干擾及系統(tǒng)穩(wěn)定性等諸 多方面都會產生不同程度

4、的影響。以往10k V配電網以架空線路為主，接地故障電容電流較小，常采用不接地系統(tǒng)。由于部分地區(qū)采用電纜代替架空線路，線路的電容電流急劇上升，造成了單相接地故障發(fā)生時電容電流過大，使電網的供電可靠性下降， 威脅用電設備的安全運行，因而,10k V配電網應采用中性點小電阻接地方式。1中性點接地方式電力系統(tǒng)中性點接地方式有不接地、電阻接地、電抗接地、消弧線圈接地和直接接地等幾種。10kV配電網的中性點接地方式主要有：不接地方式（小電流接地、 經消弧線圈接地方式（大電流接地 和小電阻接地方式（大電流接地。當接地故障電容電流10A時，采用中性點不接地系統(tǒng)；當接地故障電容電流10A時,采用經消弧 線圈接

5、地或小電阻接地電地系統(tǒng)。隨著城市配電網中電纜線路的發(fā)展和線路保護的 日益完善,城市中壓配電網逐漸推廣采用小電阻接地方式。不同中性點接地方式的 綜合評價如表1所示。目前，蘇州部分地區(qū)已經將中性點不接地系統(tǒng)或經消弧線圈 接地系統(tǒng)逐步改為小電阻接地系統(tǒng)。以下介紹10k V配電網不同的接地系統(tǒng)，特別是中性點小電阻接地系統(tǒng)中，10k V變電所的設計應當注意的問題。2 10kV配電網中性點不接地或經消弧線圈接地應注意的問題(1線路電容電流過大不能自熄時，必須切斷電源。由于配電網用電纜代替了架空線路，線路的電容電流急劇上升，造成了 單相接地故障發(fā)生時電容電流過大，使電網的供電可靠性下降，安03?工程設計？現(xiàn)

6、代建筑電氣篇(2007血8表1不同中性點接地方式綜合評價比較項目接地方式經電阻接地經消弧線圈接地不接地接地電流大很小取決于分布電容量接地故障時設備損壞程度有一定影響很小較大供配電的連續(xù)性較好很好較好過 電壓最低高且概率低最咼接地選型保護較易難較易單相接地發(fā)展為多相接地的可能性較小中等最大對通信系統(tǒng)的干擾較大最小較大全運行受到威脅。電網的單相接地電容電流主要由線路和電力設備兩部分的電 容電流組成。由于電力設備的電容電流遠小于線路的電容電流，往往忽略不計，故10kV電纜線路的單相接地電容電流I C為I C =KU N L(1K =95+1.44S /2200+0. 23S式中 U N電纜線額定電壓

7、L電纜長度S(210k V k m為1.01.5A,而架空線的電容電流僅為電纜的3%。電纜代替架空線，使得電容電流劇增，造成了單相接地故障的電弧電流過 大。電纜的接地故障是非自復性故障，如不切除故障點，只能使電纜損壞加大，事故 擴大。因此，在中性點不接地系統(tǒng)中，不允許單相接地故障持續(xù)2h以上。小電阻的 接地系統(tǒng)中，單相接地的故障切斷時間一般不超過 1s,對防止電纜故障的擴大是很 有利的。（2采用中性點經消弧線圈接地的方法較難抑制電容電流。為了抑制電容電流，往往采取中性點安裝消弧線圈的方法。其基本原理是利用單相接地產生的零序電壓 使消弧線圈出現(xiàn)電感電流，與線路電容電流的相位相反，來抵消電容電流。

8、電容電流 是采用消弧線圈來補償?shù)模箽堄嚯娏鱒10A，但實際很難做到，其原因主要有：消 弧線圈的過補償（又稱脫諧度 應為10%。若電容電流為150A ,則殘余電流為 150X10%=15A ,該電流10A ,不能熄滅電容電流。若脫諧度為 3%,則殘余電流為 150X3%=4. 5A ,這樣電容電流能自動熄滅。但此時脫諧度過小，中性點位移電壓超過了安全電壓 的15%。電纜長度在不斷變化，很難及時調整消弧線圈的參數(shù)，以達到計算要求 的配合度。無法抑制線路電容中的諧波分量。，（o ,如果發(fā)生單相接，會產生弧光 重燃過電壓，這將造成電氣設備的絕緣損壞，或開關柜絕緣子閃絡，電纜絕緣擊穿。 這種現(xiàn)象在10

9、kV電網中會頻頻發(fā)生，危及供電安全。3 10kV配電網中性點小電阻接地可以有效解決不接地系統(tǒng)問題電力系統(tǒng)過電壓分為暫態(tài)過電壓、操作過電壓和雷電過電壓3類。引起過電壓的原因有單相接地故障、鐵磁諧振、操作過 電壓等。其中，單相接地故障的概率最大。為了說明問題，分別對10kV配電網中性點不接地、經消弧線圈接地、小電阻 接地的正常工作及單相接地時的工作狀態(tài)進行定性分析。(1 10kV配電網中性點不接地系統(tǒng)在正常狀態(tài)下的電壓參量如圖1(a、(b所示。L 3發(fā)生接地故障時的電壓參量如圖1(c、(d所示。從圖中可得到如下結論：正常工作時,線間的電壓U m =102kV,每相 的對地電壓在不考慮泄漏電流及對地

10、電容電流基本平衡時，可認為處于對地懸浮狀態(tài)。假設某一相發(fā) 生接地故障時，其他兩相的對地電壓值亦達到 U m ,經測定，10kV現(xiàn)代建筑電氣篇(2007 M 8?工程設計13(a正常狀態(tài)下電壓相量圖(b正常狀態(tài)下電壓系統(tǒng)w*(c接地故障的電壓相量圖(d接地故障時電壓系統(tǒng)圖110k V中性點不接地系統(tǒng)中性點不接地系統(tǒng)中,單相接地的過電壓值可達到4. 768. 13U m ;在切除單 相接地故障時，產生的過電壓數(shù)值也很高，超過4. 1U m。(2 2示。圖2中C 12L 1, L 3通過R大，通過它的電流滯后于加在線圈的電流相位相差近90這樣,I N就與I C 1、I C 2相量的矢量合相(a示意圖

11、(b等效電路圖Offtjrvf(c相量圖圖210k V中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)抵消。理想結果是：l N +1 C 1+1 C 2=0。那么,在R上將沒有C 1、C 2電容電流 通過,I R將會很小。(3小電阻接地系統(tǒng)在正常狀態(tài)下的電壓參量,如圖3(a、(b所示。L 3發(fā) 生接地故障時的電壓參量如圖3(c所示。從圖3中可得出如下結論:在正常工作狀態(tài)下，線間的電壓值為U m,每相的對地電壓值為U m。在單相接地時，其他兩相的對地電壓不變，均為U m(a正常狀態(tài)下電壓相量圖(b正常狀態(tài)下電壓系統(tǒng)(c接地故障電壓相量圖(d接地故障電壓系統(tǒng)圖310k V中性點小電阻接地系統(tǒng)4 10kV配電網中性點小電阻

12、接地系統(tǒng)中變電所的設計4. 1電力設備耐壓水平的確定電力設備的耐壓水平是由該電力設備所處的環(huán)境條件及其可能承受的過電 壓水平決定的。過電壓水平包括正常運行的電壓和內部過電壓。我國的電力行業(yè)標準DL /T4021991交流高壓斷路器訂貨技術條件規(guī)定：額定電壓為10kV的設備(現(xiàn)改稱為12kV,見DL /T 402 1992中第4. 2條工頻耐壓1m in,干式斷路 器額定過電壓為42k V ,濕式斷路器為30kV, 1.2/50 雷電沖擊耐壓75k V。國際電工委員會I EC 606941996高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求中 規(guī)定:額定電壓為12kV，對地工頻電壓為28k V ,相間

13、工頻耐壓為42kV (I EC的標準 是根據(jù)中性點為小電阻接地系統(tǒng)的要求而制定的。如23?工程設計？現(xiàn)代建筑電氣篇(2007血8果按額定電壓為12k V選擇國外產品，在中性點不接地或經消弧線圈接地的10k V電網中,就會產生對地工頻耐壓不能滿足 42k V要求的情況。相反，如果在 10k V中性點小電阻接地系統(tǒng)中，設備的對地工頻耐壓只需28kV。但要特別注意 設備的相間工頻耐壓仍然要達到 42kV。4. 2小電阻接地系統(tǒng)10kV /0. 4kV變電 所設零序保護由于小電阻接地系統(tǒng)中性點與地之間用很小的電阻相連 ，任何一相發(fā)生 接地故障,都會產生很大的接地電流，甚至能達到數(shù)百、數(shù)千 A。必須迅速

14、、可靠 地切斷這個電流，因此，需設零序電流保護裝置。(1確定零序保護方式。單相接地電流是一個三相不平衡的電流，用零序電流互感器可以很方便地測得。零序電流可以用兩個方式測得。零序繼電器接地的兩種方 式如圖4所示。這兩種形式的接線不同，效果也不盡相同。圖4(a是通過三相每相 電流互感器與零序繼電器相連接。這種方法，繼電器。圖4(b電流OClkmAMtaK Ivufflil Ltoiinn1 hMfltmt itaiiM. Al rtfBraHrved. hrR*J * ndH44-JN1 CtaMAMtaK Jtaniil Linvaw hMstmc Mmim. Al nifeB raicTved

15、. brRpJwwAj.nei(a每相AT與零序 (b電纜專用AT與繼電器連接零序繼電器連接圖4零序繼電器接地方式(2在使用圖4(a的方法時要考慮以下兩個問題。系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，直流整流設備、大容量氣體放電燈、大 容量調光設備、大型計算機站等用電設備工作時會產生嚴重的零序電流。電力負 荷投切過程中，會產生相當強的非周期電流分量。設備正常工作時的零序電流及各種非周期分量中含有的零序電流通過零序繼電器，會造成繼電器誤動作。這個 現(xiàn)象在投切大容量變壓器、用電設備(電動機等時很可能發(fā)生。采用圖4(b的方法 效果會更好，因為非單相(或兩相的接地故障不會出現(xiàn)較大的動作電流，也就是說， 上述用電設備正常運行時產生的零序電流是不會使零序繼電器動作的。5 10kV /O. 4k V變電所接地設計對于10kV小電阻接地變電所的接地設計應注意以下幾點：(1 10kV側發(fā)生單相接地故障時，在接地電阻兩端(即PE線及大地 產生高電位 差,甚至1kV，該電壓通過PE線引至用戶家中。(2解決電擊方法。將10kV接地極與建筑物的低壓接地極完全分設，但在建筑物旁或求(如蘇州地0. Q ； ； T或 T N 系統(tǒng),其接地電阻要,連接應牢固、可靠。10k V單相接地動作時限不宜超過I EC 2TC 64 41. 3故障情況下的電擊保護的要求。6結語配電網中性點