電力系統10 kV配電網接地方式分析

劉 建

（福州電力設計院有限公司，福建福州 350000）

0 引言

根據電網以及用電實際情況，電力系統主要有5種接地方式：①中性點不接地；②中性點經消弧線圈接地；③中性點直接接地；④中性點經小電阻接地；⑤中性點經高電阻接地。10 kV的高壓系統常常采用中性點不直接接地的式，主要是為了保證在單相接地故障情況下，雖然非故障相電壓升高為原來的1.732倍影響絕緣，但斷路器不跳閘而且能帶故障運行2 h，以提高供電的連續性。隨著經濟與社會的發展，城市居民用電規模越來越大，電纜線路越來越多，對地電容電流急劇增加，導致10 kV電力系統單相接地故障發生次數越來越多，甚至引發更大的事故，優化10 kV配電網接地方式，減少單項接地方式造成的故障，提高系統的安全性和穩定性，是電力系統及其工作人員面臨的重要問題。

1 電力系統中性點接地方式的選擇與遵循的原則

1.1 經濟因素

電力系統選擇中性接地方式，最重要的是考慮經濟因素的影響。因為用電規模越來越大，對電壓等級的要求越來越高，尤其是輸變電設備方面，需要投入更多的絕緣費用，這部分費用在總投資中的占比越來越大。而中心點選擇科學合理的接地方式，可以降低絕緣水平，降低設備造價，提升經濟效益。

2.2 安全供電質量因素

單相接地故障會對安全供電質量造成影響，主要有4個因素：①故障電流數據；②故障電壓數據；③中性點位移電壓數據；④故障持續時間。

2 10 kV配電網中性點不直接接地運行中存在的問題

（1）在中性點不直接接地系統中，當發生單相接地故障時，如果接地電流＜10 A，電弧能自動熄滅，不會跳閘，這種方式只對造成人觸電的安全性好，但不利于電網運行的穩定性；對于（3～10）kV電網，當單相接地故障電流＞30 A時，應裝設消弧線圈，中性點可以使用消弧線圈接地，出現單相接地故障，消弧線圈就會對故障電流進行自動補償，可以帶故障運行2 h。如果2 h后不能自動滅弧恢復線路，就會出現跳閘。

（2）當接地電流超過保護設定值，采用消弧線圈接地不能自動隨著電網參數的變化進行最佳補償，電網只能運行在過補償中，無法在欠補償狀態下長期運行，更不能運行在全補償狀態，電網出現故障發生跳閘、或出現重合時，參數會發生改變，這時無法很好地控制脫諧度，電弧不能自動熄滅的不跳閘，故障電流很大，會在接地點直接燃起電弧，出現弧光過電壓，造成非故障相對地的電壓過度升高，損壞絕緣，出現2點接地短路故障或多點接地短路故障，造成停電事故，產生嚴重后果。

（3）隨著城市用電負荷的急劇增長，因受送電容量和線路走廊的限制，仍以10 kV架空線供電，已無法適應不斷增長的負荷，必須在市區內使用大量埋地電纜進行供電。因為對地電容電流不斷增加，城市10 kV電網內發生接地故障的電流已遠超10 A的限值，甚至遠超20 A的限值。針對單相接地故障，如果電弧能量增加，單相接地故障就會在極短的時間內轉變成相間短路，造成10 kV故障回路電源斷路器強制性切斷電源，不接地系統的優點也就不存在了，即一個接地故障發生后無法保證供電不間斷，10 kV不接地就失去了其原本的意義。

3 10 kV配電網常見接地故障

（1）金屬性接地。導體與地之間完全接觸，且連接電阻非常小，此時的故障相電壓幾乎為零，非故障相電壓增大到與接近線電壓接近或持平的程度。

（2）非金屬性接地。指導體不完全接地，有時接通有時不接通且連接電阻很大，如果發生這種故障，此時相電壓處于零和相電壓之間，相電壓就會處于和線電壓與非故障相電壓之間。

（3）因為用戶使用不當出現的單相接地。高壓單相接地產生的最主要原因是用戶管理不當。因為在配電線路上，用戶的占比非常大，如果用戶的設備產生單相接地故障，查找難度大。查找用戶設備故障，要先要確定故障發生的范圍，然后再分開用戶設備的跌落式熔斷器。

（4）電網分支線高壓一相開路。電網分支線的高壓一相開路也就是高壓熔絲熔斷一相，這種情況大多發生在負荷相對較大的分支線路中，出現故障后，相電壓是正常相電壓的30.2倍，而非故障相電壓不發生改變或也是正常相電壓的30.2倍。

（5）電網分支線的高壓二相開路。即高壓熔絲熔斷二相。

（6）鐵磁諧振。在高壓回路中，因為電氣設備如線路等對地存在分布電容，再加上非線性鐵磁元件如電壓互感器等存在電感，滿足諧振構成的必要條件，如果系統電壓發生擾動，會有激發諧振的可能，因為鐵磁元件的非線性，如鐵芯飽和時感抗減小，導致諧振的進一步增大，一旦出現wL=1/wC，該諧振就是鐵磁諧振。鐵磁諧振對地過電壓非常高，很可能會達到額定電壓的幾倍甚至幾十倍以上，使瓷絕緣出現放電故障，絕緣子和套管等鐵件也會出現電暈，電壓互感器一次熔斷器熔斷，嚴重時會損壞設備。

4 消除10 kv不接地系統接地故障的措施

（1）加大隱患排查力度。對10 kV架空裸導線加大隱患排查力度，定期排查隱患，并使其與樹木、建筑物等保持一定的距離。

（2）加裝絕緣保護套。發生接地故障概率較高的線路加裝絕緣護套，市區或著叢林密集地區，可以選擇架空絕緣導線，不使用裸導線。

（3）選擇勵磁特性好的電壓互感器。從特性上進行分析，產生鐵磁諧振的根本原因是鐵心出現飽和，也就是電壓互感器沒有很好的勵磁特性；電壓互感器非線性鐵磁特性會導致鐵磁諧振的產生，鐵磁元件的飽和效應，也在一定程度上對過電壓的幅值產生限制；回路損耗也對諧振過電壓造成一定的阻尼和限制。因此，在設備運行維護中，應首選勵磁特性好的電壓互感器替換原來的互感器。

（4）柱上斷路器和配電變壓器應設置防雷裝置。在經常開路運行同時又帶電的柱上斷路器兩側、或隔離開關兩側設置防雷裝置，其接地線與柱上斷路器等金屬外殼連接并接地，且接地電阻≤10 Ω；配電變壓器防雷裝置的位置，最好與變壓器比較近，其接地線應和變壓器二次側中性點以及金屬外殼相連并接地。

5 小電阻接地系統

5.1 適用范圍及相關規范

（1）如果變電站每段母線單相接地故障電容電流＞100 A（35 kV系統為50 A），選擇小電阻接地方式。

（2）如果變電站單相接地故障電流的諧波分量＞4%，并且每段母線的單相接地故障電容電流＞75 A，選擇小電阻接地方式。

（3）系統變化具有較大的不確定性，電容電流增長相對偏快的主城區，無論是不是全電纜系統，都可以選擇小電阻接地系統。

（4）小電阻接地成套裝置由接地變壓器、電阻、電流互感器、監控裝置和外殼等組成。

5.2 與中性點不接地系統相比的優點

（1）發生單相接地時，相電壓升幅較小，對設備的絕緣要求可以降低。可以限制接地電流，由于流過故障線路的電流大于不接地系統的電流，零序過流保護的靈敏度比較高，確定故障相對容易。

（2）由于電阻顯著的阻尼作用，可消除各種原因引起的系統諧振過電壓（如鐵磁、高頻、分頻諧振等）。

（3）能與線路零序繼電保護配合跳閘使用，絕緣要求低，可降低電網建設成本10%～20%。

6 結語

為了保證供電系統的穩定性、安全性和可靠性，以及適應用電量急劇升高的實際需求，電力企業及其工作人員要根據具體的用電實際，采用經濟可靠的配電網接地方式，并做好必要的優化及補償措施，使供電系統朝著現代化的方向不斷進步。