10kV配網小電阻接地系統運行方式分析

蔣彥君 毛 源 林 柏 陳星余

（廣西電網有限責任公司防城港供電局）

0 引言

當前，隨著我國各大城鎮的快速發展，對用電的要求也在不斷提高，導致了電網的超負荷運行。10kV配網是我國目前最重要的電力系統之一，在我國的電力系統中占有重要地位。隨著對電能的需求量越來越大，配網中的電流也越來越大，常規的接地方式已不能適應配網的需要，許多供電公司都在對10kV配網進行改進，以確保10kV配網的安全性和穩定性［1］。常規的消弧線圈接地方式存在著工作過程繁瑣、對絕緣性能要求高、易產生過壓等問題，給配電網的安全穩定帶來了很大的威脅。采用小電阻接地方式可以較好地解決上述問題，從而保證配電網的安全穩定。

1 消弧線圈接地的缺點

在使用消弧線圈接地的時候，各接頭的標準電流與系統實際的補償電流之間存在著一定的偏差，如果這個偏差過大，就會造成系統出現諧振的問題。在真實的配電網中，由于真實的電容電流與理論的電容電流之間存在很大的差異，使得對消弧線圈的補償無法達到很高的精度［2］。在中性點，采用消弧線圈雖然可以有效地減少過電壓，但仍無法有效地抑制過電壓，對配網系統的絕緣性能提出了更高的要求。當配電網絡發生單相接地時，對其在人群稠密區域內的測距將產生很大的困難。

2 分析接地方式優缺點

2.1 消弧線圈接地方式

消弧線圈的真實補償電流與其各個分支的額定電流相差很大，在工作過程中會出現并聯共振，有的情況下可達15%。針對由架空線-電纜組成的混聯電網，其真實的容量與理論值存在很大的差異，使其精度很難得到保障。接地體系指的是中性點通過消弧線圈接地，對接地故障點進行檢測的過程，當出現相接觸地故障時，后果將十分嚴重，對居住密度較大的供電區域造成了直接的影響。中性點經消弧線圈接地系統不能減少弧光接地過電壓的幅值，只能減少弧光接地過電壓的幾率，對設備絕緣會造成一定的威脅，使系統設備長時間承受過電壓。

2.2 小電阻的接地方式優點

在配電網中，采用了小電阻接地來取代原來的接地方法。由于接地電弧的放電具有很強的危險性，所以必須將接地電弧熄滅，然而在熄滅了接地電弧之后，仍然會在電路中留下很多的電荷，從而在重新出現燃弧時，將會積累很多的電荷，造成電壓的不斷上升［3］。而采用小電阻接地則能夠很好地解決這一問題，在將接地電弧熄滅之后，電路中剩余的電荷會被電阻泄放，從而不會積累很多的電荷，使得電路中的過電壓不會繼續上升。當前，在國內配電網中，普遍存在著一些常見的“共振”現象，這些“共振”會導致過電壓，給配電網的安全穩定帶來很大的威脅，應盡量避免這種情況發生。采用低阻接地方式，可以有效地降低配電網絡中出現的諧波，確保配電網絡的安全穩定。在低阻接地體系中，具有更可靠的繼電保護設備，比如零序過流、速度限制等問題。當一個線路出現了故障，零序過流能夠通過線路上的電流增加來精確地判定并記載出線路上的缺陷，然后啟動限速開關，快速地截斷線路上的故障，從而防止了線路的繼續惡化。在中性點采用小電阻接地的配電網中，利用小電阻接地系統，更好的限制過電壓的數值，將過電壓壓制在一個較低的數值范圍之內，配電網中的電氣設備就不會受到過大的電壓的影響，而且還會大大減少受到過電壓的時間，對電氣設備產生很好的保護，使電氣設備更好的工作，進而使整個電力系統安全穩定的運行。

3 10k V小電阻接地系統方式

近年來，由于大量的電纜線的投入和應用，使得其容量大大增加。目前，在對變電站電容電流進行測量的過程中，一些變電站接地電容電流的實測值與計算值有一定的偏差，而且一些已經達到420A。10kV中性點經電阻接地是目前常用的一種方法，其特點是在城市中心地區，在繼電保護跳閘、電網出現單相接地故障時，可以最大程度地保證中心地區的人身安全［4］。在現實生活中，小電阻接地系統在電纜化及電容電流量較大的電網系統中得到了大量的使用，其主要的優勢可分為四個方面： （1）小電阻系統在實際運行過程中，接地過電壓較低，熄弧效果結束后，地容殘荷釋放的有效途徑就是中性點電阻。與普通的短路情況比較，下一次短路時的放電電壓與普通短路情況相當，不容易出現高的過壓； （2）在出現接地故障后，工作時的過電壓降低，零序保護作用能夠立即切斷出現故障的線路，所以工作時的過電情況出現的可能性很小；（3）當電力網絡中的中線小電阻接地后，其非共振電壓相當于一個阻尼電阻，與此同時，還必須將其并聯到電路的兩端，從而基本消除了電力網絡中出現的非共振過電壓； （4）安全性高，不容易發生電擊和火警，其原因在于零序保護的相對動作時間非常短暫。

4 運行注意事項

在具體的使用中，對于與導線相連的線路，可以采用不同的方法。其接地故障對應的應對方法及斷開供電方法，在具體的運行中，與一般的方法都有很大的區別。

4.1 操作要求

（1）線路間的接地網是互相平行的。通常情況下，由于存在著單相的接地電流，所以不能采用并聯方式。但此操作方法也能用于發生異常和關機等狀況。當母線彼此并聯時，如果有兩個接地網，則要共享一組接地網；（2）在接地網投入使用后，對接地網模式的變更，須經總工審批；（3）當零序保護沒有出現故障時，兩個節點的母線上可以使用一組接地體系。

4.2 接地故障

（1）當采用小電阻接地的方式時，當譯碼器響應和跳閘響應等出現在低壓切換時，需要對每一部分的輸出零序進行足夠的檢測； （2）為了迅速地判斷出該故障，特別是當出現了單相接地條件時［5］；（3）如果其他部分都運行良好，那么在中性點的情況下，需要對系統內的所有關聯的節點進行有效的檢查。在退出之后，要再次進行合閘，按照已知的狀況，進行逐個排除，在排除的過程中，如果出現了不正常的狀況，就要立即切斷刀閘和開關，并且還要對一些出口的電源進行快速的回復； （4）當發生短路事故時，在斷開接地后，立即斷開斷路器及開關，并及時做好記錄及匯報，并迅速確保局部電力供應；（5）在經過幾次檢查沒有找到的情況下，再對各生產線進行一次運輸。

5 10k V小電阻接地運行方式評價

5.1 供電可靠性

目前，我國城市的電力網絡大多采用電纜作為輸電媒介。但是，傳統的中性點不接地或經消弧線圈接地的特點是，當出現單相接地故障時，可以使系統帶故障運轉兩個小時而不中斷。傳統接地裝置沒有合適的收納平臺，容易出現臟、亂、差的后果，且接地線容易互相纏繞，給施工人員施工和回收都造成很大不便，如下圖所示。但是，這個特點在城市電網中還不能滿足其需求。因此，上述兩種方法均不適用于目前的城區電力網。當電網系統發生故障時，不應在其狀態下進行，若在其狀態下長期處于故障，則極有可能導致系統出現電弧短路，并導致電纜起火。

圖 傳統接地工具

但由于單相接地的原因，還可能引起母線的短路，造成電網的斷電及變壓器的損毀。但是，當將小電阻接地方法應用到城市的配網中之后，可以明顯地減少絕緣事故的發生，從而提高了電力系統供電的可靠性。此外，在配電網的架空線路上，還可以采用自動重合閘的方法來降低用戶的停電次數，從而保障用戶用電的需要。

5.2 繼電保護方式

在城鎮配電網絡中，采用小電阻接地的中性點，充分發揮繼電保護的作用，減少短路和斷開的面積。針對在發生單相接地故障時，系統中出現的零序電流會迅速增大的特點，提出了在繼電保護中增設零序保護以避免其帶來的不良后果。為了避免因開關動作而造成的不良影響，對繼電器進行了零序電流變壓器、零序接地等保護［6］。

6 智能接地線裝置應用

智能接地線測量接地電阻的基本原理是測量回路電阻。傳感器先給被測接地回路一個激勵脈沖信號，在被測回路上感應一個脈沖電勢E，在電勢E的作用下將在被測回路產生電流I。傳感器對E及I進行測量，并通過公式：R＝E／I，即可得到被測回路電阻。

回路電阻指在通過大地連成回路的接地系統中，兩個接地點對地的接地電阻值、接地線的阻值的綜合值。

在大型地網中，例如變電站接地、油庫接地、樓盤建筑接地等，它們在地下都是一個整體的大型地網，同時有多根接地引下線引出地面，并在地面上也連接在一起的。對于這樣的大型接地系統，其地網最大對角線距離一般幾百米到幾千米，測試這樣的大型地網的接地電阻是非常麻煩和困難的。若有接地電阻不合格，基本是出在接地引下線與地網間的連接位置，工程改造就是開挖接地引下線位置，再重新焊接接地引下線。所以，對于大型地網，我們可以在主接地引下線和支接地引下線上安裝檢測儀，監測接地引下線與地下網間的連接狀況就可以了，通過檢測其金屬回路聯結電阻值來判斷接地引下線的接地狀況。

若接地點A、接地點B之間若沒有架空線，在地面上沒有連接在一起，則接地點A、接地點B為獨立的單點接地。則智能接地線不能直接測試單點接地系統的接地電阻值。此時需要增加一個或兩個輔助地極，構成回路，再安裝智能接地線。對于近距離內有2個或2個以上的單點接地系統，可以將各單點接地系統的接地引下線在地面上用金屬導體連接起來，形成回路。

對于使用多組智能接地線的系統，被測試接地極為A，另做的兩個輔助地極為B、C。接地極A、B、C在地面上連接在一起。能精確測試出A點的接地電阻值。計算如下：

其中：R1、R2、R3為檢測儀的檢測結果；RA、RB、RC為三個接地極對地的接地電阻值。通過對上述三元方程求解，可以精確得出被測接地極RA的接地電阻值，同時也知道輔助地極RB、RC的接地電阻值及RA、RB、RC三點并聯后的接地電阻值。

7 結束語

綜上所述，在目前的階段，10kV配電網的電纜線路所占的比重很大，在市區中架空線路的補償比較困難，并且具有電容電流大，已經逐漸實現了絕緣化的特征。但是，在市區10kV范圍內，中性點經小電阻接地方式更加適用，與10kV系統中的消弧線圈或中性點絕緣接地方式比較起來，這樣的10kV配電網供電更加可靠，安全性和經濟性也更加合理。