（广西金网电力勘察设计有限公司 530004）
摘要：10kV变电站通常是系统配电的终端用户，高压侧发生单相接地故障可能危及人员安全，因此在10/0.4kV系统设计中要综合考虑高压侧接地故障对低压侧产生过电压的影响，并根据具体情况计算单相接地故障电流，合理的设计继电保护方案与变电站的接地系统形式。本问针对变电站10kv单相接地故障有关问题进行了分析。
关键词：10kV变电站；系统接地；保护接地
1高压侧发生单相接地故障的原理
对于中性点不接地运行方式，正常运行时系统的三相对地电容电流基本平衡，三相对地电压均为相电压。当某一相发生接地故障时，该相的相对地电压和相对地电容电流变为零，而未接地两相的相对地电压和相对地电容电流均升高了倍。此时，接地故障电流等于未接地两相对地电容电流的向量和，从数值上等于未发生单相接地故障时一相对地电容电流的的3倍。
此接地故障电容电流从故障点经大地由线路流向电源，经过变电站接地点时会使保护接地线上的对地电压升高，产生故障电压。变电站的高、低压侧接地系统相互连接或共用时，故障电压就会通过PE线、N线或者PEN线向外传递，对低压系统产生过电压影响。
210kV变电站高压侧单相接地故障的危害
2.1对TN系统的危害
10/0.4kV变电站高压侧发生单相接地故障时，
在TN系统引起的过电压如图1所示，考虑到TN-S与TN-C-S的通用性，图中未单独画出N线。
如图1中所示可以看出，单相接地故障电流通过变电站接地电阻产生的故障电压，使得系统中性点、地电位整体升高。对于TN系统，各相对地的电位升高值均为，但各相对中性点的电位保持不变，各相在电源侧与负载侧的工频应力电压U1、U2也不变，即低压设备的绝缘不受高压侧单相接地故障的影响。
但中性点升高的电位由PE线或PEN线传递到负载侧时，会引起低压设备外露可导电部分与地之间出现故障电压，此故障电压。若高压侧的单相接地故障不能立即排除，该故障电压可能会对威胁到人身安全。根据《低压配电设计规范》（GB50054—2011）相关要求，一般环境下安全特低电压限值为50V，为保障间接接触防护的要求。若取10/0.4kV变电站接地电阻为，则要求高压侧的单相接地故障电流。然而在一些特殊环境下，安全特低电压的限值可能为25V或12V，此时对高压侧单相接地故障电流的限制将更为严格。
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064—2014）3.1.3条对于中性点不接地系统的单相接地故障电流做了明确规定，即在单相接地故障电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式，若单相接地故障电流大于10A又需要系统在故障条件下继续运行时，宜采用中性点谐振接地方式。该规范中单相接地故障电流10A限值可以满足一般环境下接触电压要求，但该限制条件主要是通过研究配电电缆的熄弧下限而确定的，并未考虑高压侧接地故障对于低压侧过电压的影响，而对于特殊环境接触电压要求还需要通过合理的保护设置和等电位联接来解决。
2.2对TT系统的危害
结合图2，在单相接地故障时，电流从变电站接地电阻经过时的故障电压会引起电源侧的地电位与中性点电位升高，但在负载侧，唯有中性点电位升高。与TN系统相同的是，TT系统中相对中性点电位不变，亦或说电源侧工频应力的电压U1不变，因此高压侧单相接地故障不会对低压设备的绝缘性能产生影响。但在这一过程，负载侧工频应力的电压U2会升高。《低压电气装置-安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》（GB/T1695.10-2010）规定，当高压系统接地故障持续时间＞5s时，低压设备工频应力电压取U0+250；当持续时间≤5s时，工频应力电压取U0+1200，其中低压侧相对地电压取220V。据此，在TT系统中，高压侧单相接地故障产生的过电压不会对低压设备的绝缘性能产生太大的影响。同时，负载侧保护接地的单独设置允许低压装置外露导电结构与地直接连接，因此电源侧地电位升高不会影响到保护线电位，则负载侧的故障电压不变。
3减小10kV变电站单相接故障危害的措施
3.1合理减小变电站的接地电阻
由公式可知，在高压侧发生单相接地故障时，减小接地电阻，可以有效地降低故障电压，从而减小故障对低压侧产生过电压的危害。可通过对变电站接地方案进行经济、技术比较，选择合理、可行的接地方案，适当的降低变电站的接地电阻，这样既对变电站接地系统性能衰减留出一定裕量，也有效降低了发生高压侧单相接地故障产生的危害。
3.2合理设置单相接地保护
高压侧发生单相接地故障时，对系统的电压、相位等电气参数影响较小，有些情况下需要根据系统和用户的要求延时供电一段时间，此时单相接地故障保护需要对高、低压系统的影响综合考虑，既要考虑高压系统供电的可靠性，也要兼顾低压系统电气安全。
3.3改变高压系统的接地方式
目前10kV配电系统的规模不断扩大，引起的单相接地故障电流也越来越大，这时可根据不同的运行要求改变高压系统中性点的接地方式，如采取谐振接地方式或小电阻接地方式。
采用谐振接地方式适用于系统在发生单相接地故障时还需要延时供电的情况，可通过谐振接地限制单相接地故障电流小于10A，减小对低压侧过电压的影响。采用小电阻接地方式适用于系统在发生单相接地故障时需要切除故障的情况，此时通过小电阻接地可以在故障情况下获得较大的单相接地故障电流，确保高压保护电器动作灵敏度的要求。
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作者简介：
韦龄茜（1986.09.13），广西东兰县，壮，本科，工程师，电气工程师，研究方向：变电站单接地接地故障。
论文作者:韦龄茜
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/16
标签：故障论文; 单相论文; 变电站论文; 电压论文; 过电压论文; 系统论文; 电流论文; 《河南电力》2018年4期论文;