中性点低电阻接地方式在35 k V配电系统中的应用

董 磊

（西门子（中国）有限公司，北京100102）

0 引言

自20世纪50年代起，我国引入前苏联的规程规定，对于6～35 k V配电系统，中性点一般采取不接地或中性点谐振接地方式。近些年来，随着大城市经济的飞速发展，电缆线路逐步代替架空线路，系统电容电流相比以前有较大增加。以电缆为主的配电网中采用不接地或中性点谐振接地方式时，电气设备由于单相接地故障产生的过电压被损坏的几率大大增加，中性点不接地或中性点谐振接地方式已经不能满足限制系统过电压的要求。为解决这一问题，国内很多城市电力部门考察了美国等发达国家配电网的接地方式，结合自身电网的特点，经过充分的研究分析，发现采用中性点低电阻接地方式对降低系统过电压有很大帮助。一些大城市开始试用并推广到其他城市，同时，该方式在造纸、钢铁、机场、地铁、发电等行业也被广泛采用。

1 中性点接地方式的选择

根据GB／T50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》3.1.3条、3.1.4条：

35 k V、66 k V系统和不直接连接发电机，由钢筋混凝土杆或金属杆塔的架空线路构成的6～20 k V系统，当单相接地故障电容电流不大于10 A时，可采用中性点不接地方式；当大于10 A又需在接地故障条件下运行时，应采用中性点谐振接地方式。

6～35 k V主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统，当单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点低电阻接地方式。变压器中性点电阻器的电阻值，在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下宜选较大值。

再根据DL／T5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》第18.2.4条及相应的条文进行说明：

系统中性点经电阻接地方式，可根据系统单相对地电容电流值来确定。当接地电容电流小于规定值时，可采用高电阻接地方式；当接地电容电流值大于规定值时，可采用低电阻接地方式。

当高压厂用电系统中性点的接地电容电流小于或等于7 A时，其中性点宜采用高电阻接地方式；当接地电容电流大于7 A时，其中性点宜采用低电阻接地方式。

从以上这些规范的条文规定可以总结出，35 k V中性点接地方式应该按如下要求进行选择：

当系统单相对地电容电流小于等于7 A时，可采用不接地或高电阻接地方式；

当系统单相对地电容电流大于7 A、小于等于10 A时，可采用不接地或低电阻接地方式；

当系统单相对地电容电流大于10 A时，可采用低电阻或中性点谐振接地方式。

2 中性点低电阻接地方式的特点

中性点低电阻接地方式适用于以电缆线路为主、系统电容电流较大、瞬时性单相接地故障很少的城市配电网，大型工矿企业配电系统以及发电厂厂用电系统。

中性点低电阻接地方式的特点：

（1）降低系统操作过电压；

（2）有效限制弧光接地过电压；

（3）可消除系统各种谐振过电压；

（4）提高系统安全水平；

（5）及时切断故障线路，有利于保护配置；

（6）把系统工频过电压限制在较低水平。

采用中性点低电阻接地方式，电气设备及电缆承受的过电压幅值较低，承受过电压时间较短，并且电气设备及电缆可采用较低的绝缘水平，降低了造价，使电气设备及电缆的寿命大大延长，提高系统运行的安全可靠水平。

3 中性点低电阻接地方式下接地电阻的选择

根据DL／T5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》第18.2.6条，经低电阻接地时，接地电阻选择如下：电阻额定电压，电阻值）。其中，UN为系统额定线电压，Id为选定的单相接地电流。

4 中性点低电阻接地方式下电阻电流的选择

通常情况下，选择单相接地电流，主要从限制间隙性弧光接地过电压倍数与满足保护灵敏度要求两个方面来考虑。由于低电阻接地方式下每条线路对地电容电流远小于单相接地电流，故一般都能满足灵敏度要求。根据国内外实际运行经验，当电阻电流与电容电流相等时，可以将过电压水平限制在2.5倍以下；当电阻电流等于电容电流的2倍时，可以将过电压水平限制在2.2倍以下；当电阻电流等于电容电流的4倍时，可以将过电压水平限制在2倍以下；当电阻电流大于电容电流的4倍时，过电压的降低已不明显。因此，电阻电流宜选取电容电流的2～4倍。

电阻额定电流IR＝Id＝（2～4）IC。其中，IC为系统对地电容电流。

5 中性点低电阻接地方式下接地变压器的选择

接地变压器的特性要求是：零序阻抗低，空载阻抗高，损耗小。根据这一特性要求，接地变压器一般采用曲折形接线，即Z型接线。

选择Z型接地变压器容量时，主要考虑其短时过负荷倍数限制以及长期热稳定要求。根据标准IEEE－C62.92.3—1993第6.2.2.2条规定，具体允许过负荷倍数如表1所示。

表1 接地变压器允许过负荷倍数表

Z型接地变压器额定电流IZN＝IR／3n，Z型接地变压器容量SN＝3×Uph×IZN。其中，n为过负荷倍数；Uph为系统相电压。

6 工程实例

6.1 工程介绍

某造纸厂工程35 k V变电站，主变连接组别为YNd11，主接线形式为单母线接线，20回电缆出线，采用交联聚乙烯铝芯单芯电缆，其中 YJLV－26／35 k V 3（1×400）电缆共计3.22 k m，每千米每相对地电容电流为0.214 6 A；YJLV－26／35 k V 3（1×185）电缆共计11.47 k m，每千米每相对地电容电流为0.166 5 A。

6.2 系统总的对地电容电流计算

系统总的电容电流应包括与系统有电气连接的所有电缆线路、架空线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并应考虑电网5～10年的发展。该电容电流应取最大运行方式下的电流。就本工程而言，系统对地电容电流包括电缆线路部分与变压器、母线和电器等设备部分。

（1）电缆对地电容电流根据《电力工程电气设计手册 电气一次部分》公式3－1计算：

（2）设备对地电容电流根据《电力工程电气设计手册 电气一次部分》表6－46数据计算，35 k V系统设备增加的接地电容附加值为13%。

（3）系统总的电容电流：

经计算，系统总的电容电流为55.94 A。

6.3 接地电阻选择

（1）接地电阻额定电压：采用UR≥1.05×UN／槡3计算，接地电阻的额定电压为21.2 k V。

（2）接地电阻额定电流：采用IR＝（2～4）IC计算，接地电阻的电流在111.88～223.76 A之间。根据相关样本选择200 A接地电阻。

根据DL／T5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》第18.2.4条进行说明：

电阻器的容量应按流过电阻的工作电流和持续时间来确定，在该时间内电阻应保持足够的热稳定。当采用低电阻接地方式时，由于单相接地保护装置动作于跳闸，接地电流的持续时间按10 s考虑即可满足要求。

综上所述，接地电阻参数为：额定电压21.2 k V，额定电流200 A，阻值101Ω，最大通流时间10 s。

6.4 接地变压器选择

（1）接地变压器额定电流：采用IZN＝IR／3n计算，接地变压器的额定电流为6.35 A。

（2）接地变压器额定电压为35 k V。

（3）接地变压器容量：按表1过负荷时间10 s，过负荷倍数10.5倍要求，采用SN＝3×Uph×IZN（其中）计算，接地变压器的容量为385 k VA。根据相关样本选择接地变压器容量为400 k VA，额定电流为6.6 A。

综上所述，接地变压器参数为：联结组别ZN，额定电压35 k V，额定电流6.6 A，额定容量400 k VA。

7 结语

随着城市电网的不断发展，电缆线路替代架空线路的比例不断提高，以电缆为主的配电网采用中性点低电阻接地方式将成为发展趋势。本文以某造纸厂工程为例，介绍了中性点接地方式的确定，分析了低电阻接地系统的特点，重点介绍了低电阻接地系统接地电阻及接地变压器的选择。

［1］周泽存.高电压技术［M］.北京：水利水电出版社，1987.

［2］解广润.电力系统过电压［M］.北京：水利水电出版社，1985.

［3］弋东方.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］DL／T5222—2005 导体和电器选择设计技术规定［S］.

［5］GB／T50064—2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范［S］.

［6］IEEE－C62.92.3—1993 IEEE Guide for t he Application of Neutral Grounding in Electrical Utility Systems，PartⅢ－Generator Auxiliar y Systems［S］.