李波
（山东电力工程咨询院有限公司 250100）
摘要：目前中性点经小电阻接地方式已经较广泛的应用于电缆馈线较多的10kV及35kV城市配电网中，本文主要探讨在变电工程中应用的小电阻接地方案及如何选择相应的电阻参数和接地变压器容量。
关键词：小电阻接地；接地变压器；
1、近年来我国部分大城市新建的35kV、10kV配电网主要采用地下电缆,使对地电容电流大大增加。在市区配电系统采用小电阻接地系统，在发生金属性单相接地故障时，可立即跳开故障线路，保护设备绝缘不受损坏，防止事故扩大，这是城市电网推广小电阻接地的重要原因 [1]。
在6~66kV电网中，传统的分类把电阻分为高电阻、中电阻和小电阻三种形式（也有只分为高电阻和低电阻两种）。对应的电阻值如下[2]：
1）高电阻，R>500Ω，接地故障电流<10A~15A；
中电阻，10~500Ω，15A<接地故障电流<600A；
小电阻，R<10，接地故障电流600A；
2）高电阻，接地故障电流<10A；
小电阻，100A<接地故障电流<1000A；
2 中性点电阻接入方式及小电阻接地方式的优点
目前工程中采用的中性点电阻接入方式一般有以下几种。一是通过接地变压器，经高压开关接于35kV或10kV母线上，该方式需占用一个馈线间隔，接地变故障不影响主变运行。二是通过接地变压器由主变压器低压侧套管引接，此方式不占用馈线间隔，需根据主变是否并列运行决定主变与接地变之间是否设置断路器。当主变低压侧为星型接线时，也可将电阻器直接由主变低压侧中性点套管处引接，此种方式较为少见。无论采用哪种方式，均不允许出现2个或多个电阻并列运行的情况，以免影响保护动作。
采用小电阻接地方式有以下优点[2]。
1）可自动清除故障，运行维护方便。
2）可快速切断接地故障点，过电压水平低，能消除谐振过电压，可采用绝缘水平较低的电缆和电气设备。
3）可减少绝缘老化，延长设备使用寿命，提高设备可靠性。
4）可降低火灾事故的概率。
5）能消除弧光接地过电压中的5次谐波，避免事故扩大为相间短路。
6）因接地电流高达几百安以上，继电保护有足够的灵敏度和选取性，不存在选线上的问题。
7）可采用通流容量大、残压低的无间隙氧化锌避雷器作为电网的过电压保护。
3、电阻值的合理选取
采用中性点经电阻接地时，电阻值的选取应综合考虑限制过电压，继电保护灵敏度，对通信的影响，生产安全等因素，并应根据各地区电网因地制宜地选择。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接地电阻阻值的计算见下式[3]：
Rn=U/IR,
IR=√（Id2-IC2），
其中：Rn——中性点电阻，Ω；
U——额定相电压，kV；
Id——单相接地接地点故障电流，kA；
IR——电网单相接地故障时流过小电阻的电流，kA；
IC——为系统容性电流，kA；
由上式可知，计算接地电阻阻值的关键是确定IR，即流过接地电阻的电流值。
从限制过电压的角度，流经电阻的阻性电流越大，过电压倍数越低，当IR>IC时，可以将非故障相过电压倍数限制在2.6倍以下，当IR>1.5IC时，IR再继续增加限制过电压的效果已不明显[4]。
从保护可靠动作的角度，短路电流越大，则保护灵敏度越高。电阻值的选取应向保护装置提供足够大的电流，使保护装置可靠动作，一般采用的接地故障电流为100~1000A。
从短路电流对通信线路的影响方面考虑，故障时接地电流越大，干扰越强烈。通信电缆危险影响电压一般规定为430V-650V(高可靠线路)。根据上海供电局对于10kV接地电流为1000A、35kV接地电流为1000A和2000A两种情况的计算结果，35kV系统中接地电流采用2kA是允许的，10kV系统中接地电流采用1kA是允许的[5]。
从运行安全的角度，小电阻接地方式下，高达数百安以上的接地电流会引起地电位的升高，会对低压设备、电子设备和人身安全产生不利影响。根据深圳、青岛、上海等地供电公司实际运行情况，中性点经15Ω电阻接地时，单相接地产生的跨步电压和接触电压满足安全运行要求。
综上所述，35kV小电阻接地系统中，流经电阻的阻性电流可选择1300A，此时电阻值Rn为35÷√3÷1.3≈15.5Ω。
4.接地变工作原理
采用小电阻接地的中压配电系统中，由于一般无中性点，故需要人为制造一个中性点以便连接电阻器。实际工程中一般采用Z型接线（也称为曲折型接线）变压器，其三相铁芯的每个芯柱上的绕组被平均分成2段，2段绕组极性相反，三相绕组按Z型联结法接成星形接线。
接地变压器各绕组中的2个绕组的夹角都是120°，其相电压符合星形绕组连接法。这样的结构使得接地变具有较高的正序、负序阻抗。同时零序阻抗只相当于漏抗，阻值很小。因此，在系统正常运行时接地变压器阻抗很高，当系统发生接地故障时，零序阻抗很小。
电阻器连接在接地变形成的中性点上，其电流为接地变压器相电流的3倍。
5、接地变容量的确定
当流过电阻器的电流IR确定后，可计算得出电阻值及接地变的容量。三相接地变压器容量理论计算值为P=IR×UR[6]，其中UR=Un÷√3（Un为额定线电压）。
在小电阻接地系统里，接地电阻和接地变压器允许短时运行时间一般以10s计算，根据IEEE-C62.92.3标准关于过载系数的规定，过载时间10s时，接地变短时容量与持续额定容量的换算比为10.5。因此接地变持续额定容量为：Se=P/10.5 kVA。
当电阻值为15.5Ω时，IR为1300A，此时三相接地变压器容量理论计算值为：35÷√3×1300÷10.5=2502 kVA，若接地变压器带有二次绕组，还应加上二次负荷容量[6]。
6、结语
中性点小电阻接地系统是今后以电缆线路为主的城市配电网的发展趋势。本文初步分析了小电阻接地系统的接入方式及优点，并重点介绍了在实际工程中，接地变压器及小电阻成套装置电阻值的选取及接地变压器容量的计算。小电阻阻值的选择应从限制过电压、减小接地短路电流、提高继电保护灵敏度、减少对通信干扰等方面综合考虑。接地变压器容量计算时，应充分考虑接地变压器本身的短时过载能力。
参考文献：
[1]刘雪峰，王志强.对中压系统中性点接地方式的探讨[J].电力设备,2007,8(11):60-61.
[2]平绍勋,周玉芳.电力系统中性点接地方式及运行分析[M].北京:中国电力出版社,2010.
[3]戈东方.电力工程电气设计手册：电气一次部分[M]．北京：水利电力出版社，1989.
[4]李正然,刘斓建.风电场升压站中性点接地方式的选择[D].首届云南省科协学术年会论文集,2011.
[5]唐艳波.变电站35kV系统小电阻接地方案研究[J].电力自动化设备，2006,26(5):99-101.
[6]中华人民共和国电力行业标准.DL/T 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2005.
作者简介：
李波（1982-），男，山东济南人，硕士，工程师，主要从事变电站电气设计工作
论文作者:李波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
标签：电阻论文; 电流论文; 过电压论文; 变压器论文; 故障论文; 绕组论文; 容量论文; 《电力设备》2016年第12期论文;