國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司利川市供電公司 趙彥河

目前，在10kV配網(wǎng)中有兩種不同的操作方式：一種是直流接地方式，另一種是不接地。由于接地方式的不同，這兩種系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)也各不相同。前者在單相接地時(shí)，由于短路電流大，不能使單相故障點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。無(wú)接地線或消弧線圈接地，在單相接地時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生大量的接地電流，確保電網(wǎng)電壓均勻，不會(huì)影響到用戶的日常用電，因此單相接點(diǎn)可以在系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作，降低斷電次數(shù)[1]。

1 10kV中性點(diǎn)小電阻的優(yōu)勢(shì)

中性點(diǎn)小電阻接地是一種接地系統(tǒng)，其包括一個(gè)接地和一個(gè)小的電阻。10kV主變?yōu)槿鞘脚渚€，對(duì)地變的供電要求較高。在選擇接地變壓器的容量時(shí)，要根據(jù)接地變壓器的中線位置來(lái)確定合適的接地電阻。接地變時(shí)，三相鐵心的每一個(gè)核心線圈都被平均分為兩個(gè)部分，即兩個(gè)線圈的極性相反，三相線圈為Z型，其主要特點(diǎn)是變電站的接地電阻、接地電阻、零序變壓器（部分還配有接地電阻）。

一是10kV的小電阻式中性點(diǎn)能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電壓。在電網(wǎng)中，5次諧波的總?cè)萘繛?%～15%，50Hz時(shí)，對(duì)接觸點(diǎn)的諧波電流有5%～15%的影響，低于這個(gè)數(shù)值就會(huì)失效。而采用低阻接地方式，能保持電網(wǎng)的諧波電流，確保系統(tǒng)正常工作。

二是快速消除安全隱患。在配電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生不穩(wěn)定的接地電流，或是發(fā)生短路等情況時(shí)，小電阻系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)，將故障線路切斷，這樣既能避免單相接地造成的人身傷害，又能讓電力部門的工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路的問(wèn)題，并在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電[2]。

三是增加供電可靠性。目前，國(guó)內(nèi)的電力電纜多為銅芯、鋁芯線，接地時(shí)因接地電流過(guò)大，電弧不易熄滅，不易徹底清除。在單相接地時(shí)，通過(guò)消弧線圈接地是一種小電流接地方式，在單相接地永久失效后，很難發(fā)現(xiàn)其接地，而在單相接地時(shí)，通常會(huì)采用牽引力接地。在試驗(yàn)過(guò)程中，若不能發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的路徑，將會(huì)導(dǎo)致電弧難以熄滅，并極易發(fā)生電路之間的短路。而采用低電阻接地，可迅速、準(zhǔn)確地?cái)嚅_(kāi)故障，從而提高供電的可靠性[3]。

2 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式在運(yùn)行中體現(xiàn)的特點(diǎn)

一是中性點(diǎn)接地電阻是一種耗能裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的電流，使故障線路迅速斷開(kāi)，使裝置的耐壓時(shí)間大大減少，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的絕緣，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性[4]。

二是通過(guò)零序保護(hù)，可以快速準(zhǔn)確地判斷出故障的線路，避免由于拉合引起的過(guò)電壓，使得非故障線路不能正常運(yùn)行。

三是在系統(tǒng)接地失效時(shí)，由于中間點(diǎn)是用一個(gè)較小的電阻接地，所以性點(diǎn)電位通常比相位低，所以無(wú)故障相的電壓升高比不接地或用消弧線圈接地的方式要低。

四是在斷路處的接地電弧熄滅后，剩余的電荷通過(guò)中線電阻被釋放出來(lái)，再次出現(xiàn)一次燃弧，其過(guò)電壓值和一般單相接地故障時(shí)的電壓是一樣的，而且不會(huì)因?yàn)槿蓟?、熄弧而?dǎo)致過(guò)高的電壓[5]。

五是在出現(xiàn)故障時(shí)，可以迅速斷電，降低人身安全事故的概率。如肇慶市區(qū)10kV線路的中性點(diǎn)接點(diǎn)通常是用消弧線圈接地，隨著電力電纜的使用率不斷提高，在中性點(diǎn)采用低電阻接地方式的可行性分析是十分必要的。因?yàn)榻咏霐?shù)的電纜是永久的，所以可以不投入重合閘，而采用零序保護(hù)，使其直接斷開(kāi)；對(duì)電纜溝中多條線路不規(guī)范的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在單相接地失效時(shí)，拉合閘將會(huì)引起更大的事故。采用點(diǎn)小阻接地的方法，在不影響鄰近線路的情況下，迅速地將故障相切斷。

3 10kV配網(wǎng)中性點(diǎn)小電阻接地技術(shù)存在的問(wèn)題

一是目前隨著城市配電網(wǎng)絡(luò)的線纜化程度不斷提高，在配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障后，通信品質(zhì)下降，線路短路無(wú)法及時(shí)熄滅，只有通過(guò)斷開(kāi)供電才能實(shí)現(xiàn)；但在工程實(shí)踐中，由于電纜長(zhǎng)度的不確定性，使得在設(shè)計(jì)時(shí)難以準(zhǔn)確地計(jì)算出有關(guān)的參數(shù)，造成了計(jì)算結(jié)果的偏差，從而影響了現(xiàn)場(chǎng)的工作。

二是目前由于缺少技術(shù)手段，從而將其用于單相接地故障。當(dāng)單相接地故障時(shí)，由于電弧燃燒引起的過(guò)電壓，將導(dǎo)致電氣設(shè)備的絕緣材料、開(kāi)關(guān)柜、電纜絕緣被擊穿、漏電等，會(huì)導(dǎo)致人體觸電，因?yàn)殡娋W(wǎng)不能自動(dòng)調(diào)整，一旦停電，觸電人員就會(huì)失去自救能力，長(zhǎng)期處于泄漏狀態(tài)，很難避免人員受傷。

4 10kV配網(wǎng)中性點(diǎn)小電阻接地技術(shù)應(yīng)用

4.1 案例分析

國(guó)網(wǎng)江西省供電公司在江西經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，配網(wǎng)發(fā)展迅速，配網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。截至2010年年末，該公司620kV輸電線路全長(zhǎng)148658.1673km，增長(zhǎng)3.13%；配變?nèi)萘?2197.625 MVA，同比增加2634.9253MVA、增長(zhǎng)13.47%；開(kāi)關(guān)29091臺(tái)，同比增長(zhǎng)2379MVA，增長(zhǎng)8.91%；0.4kV線路長(zhǎng)度254226.75km，增長(zhǎng)3.62%。其中，6～20kV的城市配電網(wǎng)總長(zhǎng)度7468.0848km，比上年增長(zhǎng)9.47%；配變?nèi)萘?973.071MVA，比上年增加588.085MVA，增幅10.92%；接通7725部，較上年增加700部，增幅9.96%。見(jiàn)表1。全市6～20kV的市配變開(kāi)關(guān)站102個(gè)，較上年同期增長(zhǎng)7個(gè)；851個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，較上年同期增長(zhǎng)80個(gè)；配電室682個(gè)，比上年增長(zhǎng)63個(gè)，包括1042個(gè)配變，655.701MVA；箱變5332個(gè)，比上年增長(zhǎng)681個(gè)，其中5376個(gè)，容量2813.04MV。

表1 配網(wǎng)規(guī)?；厩闆r

一是降低電壓。當(dāng)IR增大時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)電壓等級(jí)下降（IR表示在單相接地故障時(shí)，通過(guò)中線電阻的額定電流）。但在IR＞4IC時(shí)，其過(guò)電壓的下降效果已經(jīng)不顯著，而且其經(jīng)濟(jì)投入也相對(duì)增加。所以，從減少系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)電壓等級(jí)和兩個(gè)分母線并聯(lián)時(shí)共用一個(gè)中性點(diǎn)電阻，選擇IR≈KX2X2IC（每個(gè)母線的電容值大約50A），K是從1～1.5的范圍內(nèi)考慮到了系統(tǒng)的發(fā)展。所以，在單相接地故障時(shí)，通過(guò)中線電阻的額定電流是400A。

二是加強(qiáng)繼電的靈敏度。若接地過(guò)阻小，則會(huì)使繼電的靈敏度下降，故應(yīng)考慮對(duì)繼電的敏感。較高的電阻會(huì)使流經(jīng)電阻的電流變得更低，同時(shí)對(duì)繼電的輸出也會(huì)更好。在常規(guī)供電條件下，單相接地故障電流要比各線路的接地電容大得多，通?？梢赃_(dá)到零序保護(hù)的靈敏度要求。所以，在進(jìn)行大電流時(shí)，必須充分考慮兩者的影響。

三是提高通信質(zhì)量。根據(jù)國(guó)家有關(guān)法規(guī)，在沒(méi)有安裝放電間隔的情況下，安全隱患電壓不能超過(guò)430V，高可靠線路不能超過(guò)630V。所以，從這個(gè)角度來(lái)看，在保證通信品質(zhì)的前提下，必須將電流的流經(jīng)電阻控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，而不能使電流過(guò)大。在發(fā)展城市配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展?fàn)顩r和人口的經(jīng)濟(jì)密度，選用適當(dāng)?shù)碾娮琛?/p>

四是保障人身安全。通過(guò)接地的電流越多，發(fā)生故障的可能性也就越大，所以在設(shè)置接地電阻時(shí)應(yīng)盡量減小，避免產(chǎn)生跨越電壓，使其電位超出規(guī)范的范圍。按照國(guó)家有關(guān)法規(guī)，將跨階電壓和接觸電位設(shè)定為1000A，所以選用400A的電阻值不會(huì)對(duì)人體造成傷害。按照有關(guān)法規(guī)，在10A以上的故障電流下，要及時(shí)將其切斷，使其無(wú)法繼續(xù)工作。所以，在設(shè)計(jì)電阻限額的時(shí)候，必須考慮到線路的承受力和電壓，才能降低出現(xiàn)故障的概率。

五是研發(fā)新技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)多中性點(diǎn)接地技術(shù)還存在許多缺陷，迫切需要對(duì)多中性點(diǎn)接地技術(shù)進(jìn)行研究，為適應(yīng)我國(guó)城市電網(wǎng)發(fā)展的需要，不僅要滿足小型化、實(shí)用性和安全性的需要，還要滿足相應(yīng)的電力產(chǎn)品的需要。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，部分10kV配電網(wǎng)絡(luò)的改造已全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，部分設(shè)備已具備了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。相信在將來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，這一問(wèn)題將會(huì)被完全地解決。

4.2 中性點(diǎn)電阻選擇

10kV變電站采用單相母線分段配線，經(jīng)過(guò)測(cè)試，10kV I、II段母線的電容值均在35A左右，考慮到即將有較大的客戶接入，電容值都在50A左右。在一次主變壓器維修、一次主變壓器全負(fù)荷及未來(lái)發(fā)展的情況下，暫定采用單相接地電容電流100A進(jìn)行接地電阻的選取與校核。

在IC=100A時(shí)，在不接地的情況下，選用小電流選線設(shè)備或零序電流的選線靈敏度完全沒(méi)有問(wèn)題。但是，由于單相接地故障有向三相、三相發(fā)展的趨勢(shì)，因此在綜合考慮單相接地電容對(duì)設(shè)備性能的影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合電廠的實(shí)際工作，選用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式較為適宜。

在I=100A時(shí)，該10kV配電網(wǎng)絡(luò)中的中性點(diǎn)接地電阻選擇15Ω，也就是當(dāng)所述單相接地故障時(shí)，通過(guò)所述電阻的額定電流IC=400A，所述選擇根據(jù)如下。

4.2.1 從降低配電網(wǎng)過(guò)電壓水平考慮

當(dāng)IR增大時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)電壓等級(jí)下降（IR是在單相接地故障時(shí)通過(guò)中性點(diǎn)電阻器的額定電流）。但在IR＞4IC時(shí)，其過(guò)電壓的下降效果不顯著，而且其經(jīng)濟(jì)投入也相對(duì)增加。所以，從減少系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)電壓等級(jí)和兩個(gè)分母線并聯(lián)時(shí)共用一個(gè)中性點(diǎn)電阻，選擇IR=K×2×2Ic（每個(gè)母線的電容電流大約50A），K是從1～1.5的范圍內(nèi)考慮到了系統(tǒng)的發(fā)展。所以，在單相接地故障時(shí)，通過(guò)中線電阻的額定電流是400A。

4.2.2 從保護(hù)整定考慮

在10kV配電網(wǎng)絡(luò)中，有一條線路出現(xiàn)了單相接地故障，其接地故障電流的理論值，i是故障線路自身的電容電流，相對(duì)于整體系統(tǒng)的整體電容值來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)。因此，（理論值），因?yàn)橹行渣c(diǎn)電壓、接地點(diǎn)過(guò)渡電阻等原因，接地故障電流通常不會(huì)超過(guò)412A。

為了提高繼電器的靈敏度，可以采用較低的阻抗，使經(jīng)過(guò)電阻的電流增大，從而提高了輸出的功率。在零序保護(hù)中，單相接地引起的短路電流要比接地電容大得多。由于接地過(guò)渡電阻的存在，會(huì)對(duì)保護(hù)的靈敏度產(chǎn)生一定的影響。在選擇15Ω阻值的基礎(chǔ)上，結(jié)合江蘇地區(qū)的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)在過(guò)渡電阻較小的情況下，其保護(hù)靈敏度基本無(wú)問(wèn)題，而對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的選線精度可達(dá)100%。從靈敏度、接線電阻等方面的分析可知，400A的保護(hù)電阻可以達(dá)到靈敏度的要求。

4.2.3 考慮對(duì)通信的影響

從減少通信干擾的角度出發(fā)，對(duì)流經(jīng)電阻的電流不能選擇太大。我國(guó)“四項(xiàng)規(guī)范”均明確，若通信電纜與地面之間沒(méi)有設(shè)置放電間隔，則其危害電壓應(yīng)為430V，高可靠線路為630V。

4.2.4 從人身安全考慮

中線接地電阻的額定電流愈低愈好。由于中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地模式在單相接地故障時(shí)，由于接地故障點(diǎn)的接地短路電流較大，使故障點(diǎn)地電位上升，從而產(chǎn)生跨步電壓，使接觸電位超出容許范圍。通過(guò)實(shí)測(cè)和使用發(fā)現(xiàn)即使采用1000A的電阻電流，測(cè)量的跨步電壓、接觸電勢(shì)都沒(méi)有超出國(guó)家規(guī)定的范圍。因此，選擇400A額定電流的電阻器，不會(huì)對(duì)人身安全造成危害。

希望電力行業(yè)在發(fā)展通信業(yè)務(wù)的同時(shí)，能根據(jù)本地的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)狀況、地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因地制宜，選擇合適的電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，既可以提高供電的運(yùn)行效率，又可以提高經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)中的中性點(diǎn)小電阻接地可較好解決不接地和經(jīng)消弧線圈的接地問(wèn)題，從而提高電網(wǎng)的供電可靠性，確保電力設(shè)備的安全。