10kV配电网中性点小电阻接地系统变电所的设计要点

1、现代建筑电气篇（2007 M 8?工程设计唐韶华（1965,男，高级工程师，从事建筑电气设计方面的工作。10kV配电网中性点小电阻接地系统变电所的设计唐韶华（苏州市建筑设计研究院有限责任公司,江苏苏州 215002摘 要:部分地区已经将10k V配电网由中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统逐步改为小电阻接地系统。指出了在10k V配电网不同的接地系统，特别是中性点小电阻接地系统中,10k V变电所的设计应当注意的问题。关键词:变电所设计；小电阻接地系统；中性点接地；配电网中图分类号:T M863 文献标识码:B 文章编号：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引言电力网的中性点接地方式的内容涉及面很广。它对供电系统的供电可靠性、设备的绝缘水平、断路器等高压电器的选择、继电保护、通信干扰及系统稳定性等诸 多方面都会产生不同程度

4、的影响。以往10k V配电网以架空线路为主，接地故障电容电流较小，常采用不接地系统。由于部分地区采用电缆代替架空线路，线路的电容电流急剧上升，造成了单相接地故障发生时电容电流过大，使电网的供电可靠性下降， 威胁用电设备的安全运行，因而,10k V配电网应采用中性点小电阻接地方式。1中性点接地方式电力系统中性点接地方式有不接地、电阻接地、电抗接地、消弧线圈接地和直接接地等几种。10kV配电网的中性点接地方式主要有：不接地方式（小电流接地、 经消弧线圈接地方式（大电流接地 和小电阻接地方式（大电流接地。当接地故障电容电流10A时，采用中性点不接地系统；当接地故障电容电流10A时,采用经消弧 线圈接

5、地或小电阻接地电地系统。随着城市配电网中电缆线路的发展和线路保护的 日益完善,城市中压配电网逐渐推广采用小电阻接地方式。不同中性点接地方式的 综合评价如表1所示。目前，苏州部分地区已经将中性点不接地系统或经消弧线圈 接地系统逐步改为小电阻接地系统。以下介绍10k V配电网不同的接地系统，特别是中性点小电阻接地系统中，10k V变电所的设计应当注意的问题。2 10kV配电网中性点不接地或经消弧线圈接地应注意的问题(1线路电容电流过大不能自熄时，必须切断电源。由于配电网用电缆代替了架空线路，线路的电容电流急剧上升，造成了 单相接地故障发生时电容电流过大，使电网的供电可靠性下降，安03?工程设计？现

6、代建筑电气篇(2007血8表1不同中性点接地方式综合评价比较项目接地方式经电阻接地经消弧线圈接地不接地接地电流大很小取决于分布电容量接地故障时设备损坏程度有一定影响很小较大供配电的连续性较好很好较好过 电压最低高且概率低最咼接地选型保护较易难较易单相接地发展为多相接地的可能性较小中等最大对通信系统的干扰较大最小较大全运行受到威胁。电网的单相接地电容电流主要由线路和电力设备两部分的电 容电流组成。由于电力设备的电容电流远小于线路的电容电流，往往忽略不计，故10kV电缆线路的单相接地电容电流I C为I C =KU N L(1K =95+1.44S /2200+0. 23S式中 U N电缆线额定电压

7、L电缆长度S(210k V k m为1.01.5A,而架空线的电容电流仅为电缆的3%。电缆代替架空线，使得电容电流剧增，造成了单相接地故障的电弧电流过 大。电缆的接地故障是非自复性故障，如不切除故障点，只能使电缆损坏加大，事故 扩大。因此，在中性点不接地系统中，不允许单相接地故障持续2h以上。小电阻的 接地系统中，单相接地的故障切断时间一般不超过 1s,对防止电缆故障的扩大是很 有利的。（2采用中性点经消弧线圈接地的方法较难抑制电容电流。为了抑制电容电流，往往采取中性点安装消弧线圈的方法。其基本原理是利用单相接地产生的零序电压 使消弧线圈出现电感电流，与线路电容电流的相位相反，来抵消电容电流。

8、电容电流 是采用消弧线圈来补偿的，使残余电流V10A，但实际很难做到，其原因主要有：消 弧线圈的过补偿（又称脱谐度 应为10%。若电容电流为150A ,则残余电流为 150X10%=15A ,该电流10A ,不能熄灭电容电流。若脱谐度为 3%,则残余电流为 150X3%=4. 5A ,这样电容电流能自动熄灭。但此时脱谐度过小，中性点位移电压超过了安全电压 的15%。电缆长度在不断变化，很难及时调整消弧线圈的参数，以达到计算要求 的配合度。无法抑制线路电容中的谐波分量。，（o ,如果发生单相接，会产生弧光 重燃过电压，这将造成电气设备的绝缘损坏，或开关柜绝缘子闪络，电缆绝缘击穿。 这种现象在10

9、kV电网中会频频发生，危及供电安全。3 10kV配电网中性点小电阻接地可以有效解决不接地系统问题电力系统过电压分为暂态过电压、操作过电压和雷电过电压3类。引起过电压的原因有单相接地故障、铁磁谐振、操作过 电压等。其中，单相接地故障的概率最大。为了说明问题，分别对10kV配电网中性点不接地、经消弧线圈接地、小电阻 接地的正常工作及单相接地时的工作状态进行定性分析。(1 10kV配电网中性点不接地系统在正常状态下的电压参量如图1(a、(b所示。L 3发生接地故障时的电压参量如图1(c、(d所示。从图中可得到如下结论：正常工作时,线间的电压U m =102kV,每相 的对地电压在不考虑泄漏电流及对地

10、电容电流基本平衡时，可认为处于对地悬浮状态。假设某一相发 生接地故障时，其他两相的对地电压值亦达到 U m ,经测定，10kV现代建筑电气篇(2007 M 8?工程设计13(a正常状态下电压相量图(b正常状态下电压系统w*(c接地故障的电压相量图(d接地故障时电压系统图110k V中性点不接地系统中性点不接地系统中,单相接地的过电压值可达到4. 768. 13U m ;在切除单 相接地故障时，产生的过电压数值也很高，超过4. 1U m。(2 2示。图2中C 12L 1, L 3通过R大，通过它的电流滞后于加在线圈的电流相位相差近90这样,I N就与I C 1、I C 2相量的矢量合相(a示意图

11、(b等效电路图Offtjrvf(c相量图图210k V中性点经消弧线圈接地系统抵消。理想结果是：l N +1 C 1+1 C 2=0。那么,在R上将没有C 1、C 2电容电流 通过,I R将会很小。(3小电阻接地系统在正常状态下的电压参量,如图3(a、(b所示。L 3发 生接地故障时的电压参量如图3(c所示。从图3中可得出如下结论:在正常工作状态下，线间的电压值为U m,每相的对地电压值为U m。在单相接地时，其他两相的对地电压不变，均为U m(a正常状态下电压相量图(b正常状态下电压系统(c接地故障电压相量图(d接地故障电压系统图310k V中性点小电阻接地系统4 10kV配电网中性点小电阻

12、接地系统中变电所的设计4. 1电力设备耐压水平的确定电力设备的耐压水平是由该电力设备所处的环境条件及其可能承受的过电 压水平决定的。过电压水平包括正常运行的电压和内部过电压。我国的电力行业标准DL /T4021991交流高压断路器订货技术条件规定：额定电压为10kV的设备(现改称为12kV,见DL /T 402 1992中第4. 2条工频耐压1m in,干式断路 器额定过电压为42k V ,湿式断路器为30kV, 1.2/50 雷电冲击耐压75k V。国际电工委员会I EC 606941996高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求中 规定:额定电压为12kV，对地工频电压为28k V ,相间

13、工频耐压为42kV (I EC的标准 是根据中性点为小电阻接地系统的要求而制定的。如23?工程设计？现代建筑电气篇(2007血8果按额定电压为12k V选择国外产品，在中性点不接地或经消弧线圈接地的10k V电网中,就会产生对地工频耐压不能满足 42k V要求的情况。相反，如果在 10k V中性点小电阻接地系统中，设备的对地工频耐压只需28kV。但要特别注意 设备的相间工频耐压仍然要达到 42kV。4. 2小电阻接地系统10kV /0. 4kV变电 所设零序保护由于小电阻接地系统中性点与地之间用很小的电阻相连 ，任何一相发生 接地故障,都会产生很大的接地电流，甚至能达到数百、数千 A。必须迅速

14、、可靠 地切断这个电流，因此，需设零序电流保护装置。(1确定零序保护方式。单相接地电流是一个三相不平衡的电流，用零序电流互感器可以很方便地测得。零序电流可以用两个方式测得。零序继电器接地的两种方 式如图4所示。这两种形式的接线不同，效果也不尽相同。图4(a是通过三相每相 电流互感器与零序继电器相连接。这种方法，继电器。图4(b电流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与零序 (b电缆专用AT与继电器连接零序继电器连接图4零序继电器接地方式(2在使用图4(a的方法时要考虑以下两个问题。系统处于正常工作状态时，直流整流设备、大容量气体放电灯、大 容量调光设备、大型计算机站等用电设备工作时会产生严重的零序电流。电力负 荷投切过程中，会产生相当强的非周期电流分量。设备正常工作时的零序电流及各种非周期分量中含有的零序电流通过零序继电器，会造成继电器误动作。这个 现象在投切大容量变压器、用电设备(电动机等时很可能发生。采用图4(b的方法 效果会更好，因为非单相(或两相的接地故障不会出现较大的动作电流，也就是说， 上述用电设备正常运行时产生的零序电流是不会使零序继电器动作的。5 10kV /O. 4k V变电所接地设计对于10kV小电阻接地变电所的接地设计应注意以下几点：(1 10kV侧发生单相接地故障时，在接地电阻两端(即PE线及大地 产生高电位 差,甚至1kV，该电压通过PE线引至用户家中。(2解决电击方法。将10kV接地极与建筑物的低压接地极完全分设，但在建筑物旁或求(如苏州地0. Q ； ； T或 T N 系统,其接地电阻要,连接应牢固、可靠。10k V单相接地动作时限不宜超过I EC 2TC 64 41. 3故障情况下的电击保护的要求。6结语配电网中性点