电力系统10 kV配电网接地方式分析

刘 建

（福州电力设计院有限公司，福建福州 350000）

0 引言

根据电网以及用电实际情况，电力系统主要有5种接地方式：①中性点不接地；②中性点经消弧线圈接地；③中性点直接接地；④中性点经小电阻接地；⑤中性点经高电阻接地。10 kV的高压系统常常采用中性点不直接接地的式，主要是为了保证在单相接地故障情况下，虽然非故障相电压升高为原来的1.732倍影响绝缘，但断路器不跳闸而且能带故障运行2 h，以提高供电的连续性。随着经济与社会的发展，城市居民用电规模越来越大，电缆线路越来越多，对地电容电流急剧增加，导致10 kV电力系统单相接地故障发生次数越来越多，甚至引发更大的事故，优化10 kV配电网接地方式，减少单项接地方式造成的故障，提高系统的安全性和稳定性，是电力系统及其工作人员面临的重要问题。

1 电力系统中性点接地方式的选择与遵循的原则

1.1 经济因素

电力系统选择中性接地方式，最重要的是考虑经济因素的影响。因为用电规模越来越大，对电压等级的要求越来越高，尤其是输变电设备方面，需要投入更多的绝缘费用，这部分费用在总投资中的占比越来越大。而中心点选择科学合理的接地方式，可以降低绝缘水平，降低设备造价，提升经济效益。

2.2 安全供电质量因素

单相接地故障会对安全供电质量造成影响，主要有4个因素：①故障电流数据；②故障电压数据；③中性点位移电压数据；④故障持续时间。

2 10 kV配电网中性点不直接接地运行中存在的问题

（1）在中性点不直接接地系统中，当发生单相接地故障时，如果接地电流＜10 A，电弧能自动熄灭，不会跳闸，这种方式只对造成人触电的安全性好，但不利于电网运行的稳定性；对于（3～10）kV电网，当单相接地故障电流＞30 A时，应装设消弧线圈，中性点可以使用消弧线圈接地，出现单相接地故障，消弧线圈就会对故障电流进行自动补偿，可以带故障运行2 h。如果2 h后不能自动灭弧恢复线路，就会出现跳闸。

（2）当接地电流超过保护设定值，采用消弧线圈接地不能自动随着电网参数的变化进行最佳补偿，电网只能运行在过补偿中，无法在欠补偿状态下长期运行，更不能运行在全补偿状态，电网出现故障发生跳闸、或出现重合时，参数会发生改变，这时无法很好地控制脱谐度，电弧不能自动熄灭的不跳闸，故障电流很大，会在接地点直接燃起电弧，出现弧光过电压，造成非故障相对地的电压过度升高，损坏绝缘，出现2点接地短路故障或多点接地短路故障，造成停电事故，产生严重后果。

（3）随着城市用电负荷的急剧增长，因受送电容量和线路走廊的限制，仍以10 kV架空线供电，已无法适应不断增长的负荷，必须在市区内使用大量埋地电缆进行供电。因为对地电容电流不断增加，城市10 kV电网内发生接地故障的电流已远超10 A的限值，甚至远超20 A的限值。针对单相接地故障，如果电弧能量增加，单相接地故障就会在极短的时间内转变成相间短路，造成10 kV故障回路电源断路器强制性切断电源，不接地系统的优点也就不存在了，即一个接地故障发生后无法保证供电不间断，10 kV不接地就失去了其原本的意义。

3 10 kV配电网常见接地故障

（1）金属性接地。导体与地之间完全接触，且连接电阻非常小，此时的故障相电压几乎为零，非故障相电压增大到与接近线电压接近或持平的程度。

（2）非金属性接地。指导体不完全接地，有时接通有时不接通且连接电阻很大，如果发生这种故障，此时相电压处于零和相电压之间，相电压就会处于和线电压与非故障相电压之间。

（3）因为用户使用不当出现的单相接地。高压单相接地产生的最主要原因是用户管理不当。因为在配电线路上，用户的占比非常大，如果用户的设备产生单相接地故障，查找难度大。查找用户设备故障，要先要确定故障发生的范围，然后再分开用户设备的跌落式熔断器。

（4）电网分支线高压一相开路。电网分支线的高压一相开路也就是高压熔丝熔断一相，这种情况大多发生在负荷相对较大的分支线路中，出现故障后，相电压是正常相电压的30.2倍，而非故障相电压不发生改变或也是正常相电压的30.2倍。

（5）电网分支线的高压二相开路。即高压熔丝熔断二相。

（6）铁磁谐振。在高压回路中，因为电气设备如线路等对地存在分布电容，再加上非线性铁磁元件如电压互感器等存在电感，满足谐振构成的必要条件，如果系统电压发生扰动，会有激发谐振的可能，因为铁磁元件的非线性，如铁芯饱和时感抗减小，导致谐振的进一步增大，一旦出现wL=1/wC，该谐振就是铁磁谐振。铁磁谐振对地过电压非常高，很可能会达到额定电压的几倍甚至几十倍以上，使瓷绝缘出现放电故障，绝缘子和套管等铁件也会出现电晕，电压互感器一次熔断器熔断，严重时会损坏设备。

4 消除10 kv不接地系统接地故障的措施

（1）加大隐患排查力度。对10 kV架空裸导线加大隐患排查力度，定期排查隐患，并使其与树木、建筑物等保持一定的距离。

（2）加装绝缘保护套。发生接地故障概率较高的线路加装绝缘护套，市区或着丛林密集地区，可以选择架空绝缘导线，不使用裸导线。

（3）选择励磁特性好的电压互感器。从特性上进行分析，产生铁磁谐振的根本原因是铁心出现饱和，也就是电压互感器没有很好的励磁特性；电压互感器非线性铁磁特性会导致铁磁谐振的产生，铁磁元件的饱和效应，也在一定程度上对过电压的幅值产生限制；回路损耗也对谐振过电压造成一定的阻尼和限制。因此，在设备运行维护中，应首选励磁特性好的电压互感器替换原来的互感器。

（4）柱上断路器和配电变压器应设置防雷装置。在经常开路运行同时又带电的柱上断路器两侧、或隔离开关两侧设置防雷装置，其接地线与柱上断路器等金属外壳连接并接地，且接地电阻≤10 Ω；配电变压器防雷装置的位置，最好与变压器比较近，其接地线应和变压器二次侧中性点以及金属外壳相连并接地。

5 小电阻接地系统

5.1 适用范围及相关规范

（1）如果变电站每段母线单相接地故障电容电流＞100 A（35 kV系统为50 A），选择小电阻接地方式。

（2）如果变电站单相接地故障电流的谐波分量＞4%，并且每段母线的单相接地故障电容电流＞75 A，选择小电阻接地方式。

（3）系统变化具有较大的不确定性，电容电流增长相对偏快的主城区，无论是不是全电缆系统，都可以选择小电阻接地系统。

（4）小电阻接地成套装置由接地变压器、电阻、电流互感器、监控装置和外壳等组成。

5.2 与中性点不接地系统相比的优点

（1）发生单相接地时，相电压升幅较小，对设备的绝缘要求可以降低。可以限制接地电流，由于流过故障线路的电流大于不接地系统的电流，零序过流保护的灵敏度比较高，确定故障相对容易。

（2）由于电阻显著的阻尼作用，可消除各种原因引起的系统谐振过电压（如铁磁、高频、分频谐振等）。

（3）能与线路零序继电保护配合跳闸使用，绝缘要求低，可降低电网建设成本10%～20%。

6 结语

为了保证供电系统的稳定性、安全性和可靠性，以及适应用电量急剧升高的实际需求，电力企业及其工作人员要根据具体的用电实际，采用经济可靠的配电网接地方式，并做好必要的优化及补偿措施，使供电系统朝着现代化的方向不断进步。