中壓系統接地電阻的接線方式探討

石 巍，張彥昌

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

我國高壓110kV及以上電壓等級考慮到絕緣成本，一般都采用中性點直接接地系統；低壓380V電壓等級考慮到經常需要220V相電壓，一般也采用中性點直接接地系統；而中壓3kV～66kV電壓等級考慮到供電可靠性，一般都采用中性點不接地系統，但在單相接地電容電流較大時，為防止引起弧光接地過電壓采取經消弧線圈或經電阻接地方式。

中壓系統采用中性點經電阻接地即在中性點與大地之間接入一定電阻值的電阻，該電阻與電網對地電容構成并聯回路。電阻的作用主要有兩點：一是在短路接地電流中增加電阻性電流分量，以降低接地過電壓的倍數，當Ir=Ic時，過電壓水平可以降低到2.5倍之內；二是電阻是耗能元件，當電網發生單相接地故障時，在接地電弧熄滅后，電網對地電容中的殘余電荷將通過中性點電阻釋放掉，當發生下一次電弧燃燒時，其過電壓幅值與電網在正常運行條件下發生單相接地故障的情況相同，不會產生很高的弧光接地過電壓。

1 中性點采用電阻接地系統的分類

1.1 按接地電阻的保護特點分類

按照我國的規程規范，電阻接地方式分為低阻接地和高阻接地。低阻接地是指發生單相接地故障后動作于跳閘的，接地故障電流一般大于10A(電容電流大于7A)的中壓系統所應采用的電阻接地方式；高阻接地是指發生單相接地故障后可持續運行的，接地故障電流一般不大于10A(電容電流不大于7A)的中壓系統所應采用的電阻接地方式。

1.2 按接地電阻的接線特點分類

(1)變壓器中壓側為Yn接線，其中性點可以直接接入電阻，見圖1a和圖1b。

圖1 Yn接線示意圖

(2)變壓器中壓側為Δ接線，在變壓器中壓側出口或中壓側母線上外加Z形接地變壓器形成一個中性點，接地電阻接在Z形變壓器高壓側的中性點，見圖2a和圖2b。

圖2 Δ接線配Z形接地變壓器示意圖

(3)變壓器中壓側為Δ接線，在變壓器中壓側母線上外加Y/Δ接地變壓器形成一個中性點，接地電阻接在Y/Δ接線的變壓器高壓側的中性點或者接地電阻接在Y/Δ接線的變壓器低壓側開口三角上，見圖3a和圖3b。

圖3 Δ接線配Y/Δ接地變壓器示意圖

目前工程中運用較多是第一種和第二種接線方式，第三種接線方式運用較少。

2 接地電阻的計算分析

2.1 傳統計算分析方法

(1)第一種接線方式，見圖4。

圖4 第一種接線方式網絡圖

設C1=C2=C3=C0，則C相接地故障時的等值電路見圖5。

圖5 第一種接線方式阻抗圖

其中Zt相對于R較小，暫忽略不計。同時忽略絕緣電阻Rf，則：

當R = 1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic= Ir。

(2)第二種接線方式，見圖6。

圖6 第二種接線方式網絡圖

設C1=C2=C3=C0，X1=X2=X3=X0，則C相接地故障時的等值電路見圖7。

圖7 第二種接線方式阻抗圖

由于采用Z形接地變壓器，故X0≈0。同時忽略絕緣電阻Rf，則：

當R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。

(3)第三種接線方式，故障運行等值電路圖同圖7。

Ijd=Ec/(Rf+1/( j3ωC0+1/(X0+R)))

由于采用Y/Δ接線的接地變壓器，故X0較大，但其相對于R較小，暫忽略不計。同時忽略絕緣電阻Rf，則：

當R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。

故這三種接線的計算結果基本一致，都是在R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。我們可以根據線路電容電流或容抗值計算所需要的接地電阻值。但是采用Z形接地變壓器接線的方式計算精確度較高，計算接地電阻值較準確，其他兩種方式由于忽略了變壓器的零序阻抗而導致計算精確度較低。

2.2 序網絡的計算分析方法

(1)第一種接線方式對應的序網絡見圖8。

圖8 第一種接線方式序網絡圖

由于Zn、Zt、Zn0相對3R較小，故忽略不計，相當于只考慮零序網絡的影響。

則：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

當R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。

結果和傳統計算方法一致。

(2)第二種接線方式對應的序網絡見圖9。

圖9 第二種接線方式序網絡圖

由于X0≈0，Zn、Zt相對3R較小，故忽略不計，相當于只考慮零序網絡的影響。

則：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

當R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。

結果和傳統計算方法一致。

(3)第三種接線方式，其對應的序網絡同圖9。

由于Zn、Zt、X0相對3R較小，故忽略不計，相當于只考慮零序網絡的影響。則：

當R=1/(3ωC0)= 1/3Xc時，Ic=Ir。

結果和傳統計算方法一致。

2.3 結果分析

首先介紹幾個常用的電容電流計算公式。

(1)單相接地電容電流可以由下面的公式計算：

Ue：系統額定線電壓，(kV)；

UФ：系統額定相電壓，(kV)；

C0：每相對地電容，(μF)；

(2)架空線路的電容電流可以由下面的公式估算：

Ic=(2.7～3.3)UeL×10-3

L：架空線路的長度，(km)；

2.7：系數，無架空地線的線路；3.3：系數，有架空地線的線路；同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

(3)電纜線路的電容電流可以由下面的公式估算：

(4)變電站增加的接地電容電流值見表1。

表1 變電站增加的接地電容電流值

電容電流在實際的計算中因為要考慮到不同截面的導線，開關，變壓器，互感器等設備的對地電容，計算的結果往往是個估算值。

我們在采用以上三種接地電阻的接線方式時，往往是根據系統電容電流反推出需要增加的接地電阻性電流的值，再通過Ec/Ir計算出接地電阻的大小。電阻性電流的計算可以由下面的公式估算：

由此可見，雖然三種接地電阻的接線方式在計算中準確度不同，但在計算所需增加的電阻性電流時，通過考慮系數裕度K，已經可以忽略這種不同，都能夠滿足工程實際應用要求。

3 結論

(1)三種接地電阻的接線方式都是可行的，接地電阻的計算方法也是相同的。首先計算出系統的電容電流，再計算出需增加的電阻性電流值，最后計算出接地電阻值；

(2)第一和第二種接線方式運用的較多，第三種接線方式由于接地變壓器的零序阻抗較大，因此運用較少；

(3)第一種接線方式一般考慮到三次諧波的影響，通常需要增加平衡線圈，增加了投資成本。同時中壓側也成為了接地系統，導致中壓側的不對稱短路電流會對高壓側產生一定的影響，但影響較小。第二種接線方式需要單獨增加開關柜和Z形接地變壓器，但其效果是最好的。

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