董 磊

（西門子（中國(guó)）有限公司，北京100102）

0 引言

自20世紀(jì)50年代起，我國(guó)引入前蘇聯(lián)的規(guī)程規(guī)定，對(duì)于6～35 k V配電系統(tǒng)，中性點(diǎn)一般采取不接地或中性點(diǎn)諧振接地方式。近些年來，隨著大城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電纜線路逐步代替架空線路，系統(tǒng)電容電流相比以前有較大增加。以電纜為主的配電網(wǎng)中采用不接地或中性點(diǎn)諧振接地方式時(shí)，電氣設(shè)備由于單相接地故障產(chǎn)生的過電壓被損壞的幾率大大增加，中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)諧振接地方式已經(jīng)不能滿足限制系統(tǒng)過電壓的要求。為解決這一問題，國(guó)內(nèi)很多城市電力部門考察了美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家配電網(wǎng)的接地方式，結(jié)合自身電網(wǎng)的特點(diǎn)，經(jīng)過充分的研究分析，發(fā)現(xiàn)采用中性點(diǎn)低電阻接地方式對(duì)降低系統(tǒng)過電壓有很大幫助。一些大城市開始試用并推廣到其他城市，同時(shí)，該方式在造紙、鋼鐵、機(jī)場(chǎng)、地鐵、發(fā)電等行業(yè)也被廣泛采用。

1 中性點(diǎn)接地方式的選擇

根據(jù)GB／T50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.3條、3.1.4條：

35 k V、66 k V系統(tǒng)和不直接連接發(fā)電機(jī)，由鋼筋混凝土桿或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的6～20 k V系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不大于10 A時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地方式；當(dāng)大于10 A又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用中性點(diǎn)諧振接地方式。

6～35 k V主要由電纜線路構(gòu)成的配電系統(tǒng)、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集電系統(tǒng)和除礦井的工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流較大時(shí)，可采用中性點(diǎn)低電阻接地方式。變壓器中性點(diǎn)電阻器的電阻值，在滿足單相接地繼電保護(hù)可靠性和過電壓絕緣配合的前提下宜選較大值。

再根據(jù)DL／T5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》第18.2.4條及相應(yīng)的條文進(jìn)行說明：

系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，可根據(jù)系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流值來確定。當(dāng)接地電容電流小于規(guī)定值時(shí)，可采用高電阻接地方式；當(dāng)接地電容電流值大于規(guī)定值時(shí)，可采用低電阻接地方式。

當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地電容電流小于或等于7 A時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用高電阻接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7 A時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用低電阻接地方式。

從以上這些規(guī)范的條文規(guī)定可以總結(jié)出，35 k V中性點(diǎn)接地方式應(yīng)該按如下要求進(jìn)行選擇：

當(dāng)系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流小于等于7 A時(shí)，可采用不接地或高電阻接地方式；

當(dāng)系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流大于7 A、小于等于10 A時(shí)，可采用不接地或低電阻接地方式；

當(dāng)系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流大于10 A時(shí)，可采用低電阻或中性點(diǎn)諧振接地方式。

2 中性點(diǎn)低電阻接地方式的特點(diǎn)

中性點(diǎn)低電阻接地方式適用于以電纜線路為主、系統(tǒng)電容電流較大、瞬時(shí)性單相接地故障很少的城市配電網(wǎng)，大型工礦企業(yè)配電系統(tǒng)以及發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)。

中性點(diǎn)低電阻接地方式的特點(diǎn)：

（1）降低系統(tǒng)操作過電壓；

（2）有效限制弧光接地過電壓；

（3）可消除系統(tǒng)各種諧振過電壓；

（4）提高系統(tǒng)安全水平；

（5）及時(shí)切斷故障線路，有利于保護(hù)配置；

（6）把系統(tǒng)工頻過電壓限制在較低水平。

采用中性點(diǎn)低電阻接地方式，電氣設(shè)備及電纜承受的過電壓幅值較低，承受過電壓時(shí)間較短，并且電氣設(shè)備及電纜可采用較低的絕緣水平，降低了造價(jià)，使電氣設(shè)備及電纜的壽命大大延長(zhǎng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠水平。

3 中性點(diǎn)低電阻接地方式下接地電阻的選擇

根據(jù)DL／T5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》第18.2.6條，經(jīng)低電阻接地時(shí)，接地電阻選擇如下：電阻額定電壓，電阻值）。其中，UN為系統(tǒng)額定線電壓，Id為選定的單相接地電流。

4 中性點(diǎn)低電阻接地方式下電阻電流的選擇

通常情況下，選擇單相接地電流，主要從限制間隙性弧光接地過電壓倍數(shù)與滿足保護(hù)靈敏度要求兩個(gè)方面來考慮。由于低電阻接地方式下每條線路對(duì)地電容電流遠(yuǎn)小于單相接地電流，故一般都能滿足靈敏度要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)電阻電流與電容電流相等時(shí)，可以將過電壓水平限制在2.5倍以下；當(dāng)電阻電流等于電容電流的2倍時(shí)，可以將過電壓水平限制在2.2倍以下；當(dāng)電阻電流等于電容電流的4倍時(shí)，可以將過電壓水平限制在2倍以下；當(dāng)電阻電流大于電容電流的4倍時(shí)，過電壓的降低已不明顯。因此，電阻電流宜選取電容電流的2～4倍。

電阻額定電流IR＝Id＝（2～4）IC。其中，IC為系統(tǒng)對(duì)地電容電流。

5 中性點(diǎn)低電阻接地方式下接地變壓器的選擇

接地變壓器的特性要求是：零序阻抗低，空載阻抗高，損耗小。根據(jù)這一特性要求，接地變壓器一般采用曲折形接線，即Z型接線。

選擇Z型接地變壓器容量時(shí)，主要考慮其短時(shí)過負(fù)荷倍數(shù)限制以及長(zhǎng)期熱穩(wěn)定要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE－C62.92.3—1993第6.2.2.2條規(guī)定，具體允許過負(fù)荷倍數(shù)如表1所示。

表1 接地變壓器允許過負(fù)荷倍數(shù)表

Z型接地變壓器額定電流IZN＝IR／3n，Z型接地變壓器容量SN＝3×Uph×IZN。其中，n為過負(fù)荷倍數(shù)；Uph為系統(tǒng)相電壓。

6 工程實(shí)例

6.1 工程介紹

某造紙廠工程35 k V變電站，主變連接組別為YNd11，主接線形式為單母線接線，20回電纜出線，采用交聯(lián)聚乙烯鋁芯單芯電纜，其中 YJLV－26／35 k V 3（1×400）電纜共計(jì)3.22 k m，每千米每相對(duì)地電容電流為0.214 6 A；YJLV－26／35 k V 3（1×185）電纜共計(jì)11.47 k m，每千米每相對(duì)地電容電流為0.166 5 A。

6.2 系統(tǒng)總的對(duì)地電容電流計(jì)算

系統(tǒng)總的電容電流應(yīng)包括與系統(tǒng)有電氣連接的所有電纜線路、架空線路、發(fā)電機(jī)、變壓器以及母線和電器的電容電流，并應(yīng)考慮電網(wǎng)5～10年的發(fā)展。該電容電流應(yīng)取最大運(yùn)行方式下的電流。就本工程而言，系統(tǒng)對(duì)地電容電流包括電纜線路部分與變壓器、母線和電器等設(shè)備部分。

（1）電纜對(duì)地電容電流根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分》公式3－1計(jì)算：

（2）設(shè)備對(duì)地電容電流根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分》表6－46數(shù)據(jù)計(jì)算，35 k V系統(tǒng)設(shè)備增加的接地電容附加值為13%。

（3）系統(tǒng)總的電容電流：

經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)總的電容電流為55.94 A。

6.3 接地電阻選擇

（1）接地電阻額定電壓：采用UR≥1.05×UN／槡3計(jì)算，接地電阻的額定電壓為21.2 k V。

（2）接地電阻額定電流：采用IR＝（2～4）IC計(jì)算，接地電阻的電流在111.88～223.76 A之間。根據(jù)相關(guān)樣本選擇200 A接地電阻。

根據(jù)DL／T5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》第18.2.4條進(jìn)行說明：

電阻器的容量應(yīng)按流過電阻的工作電流和持續(xù)時(shí)間來確定，在該時(shí)間內(nèi)電阻應(yīng)保持足夠的熱穩(wěn)定。當(dāng)采用低電阻接地方式時(shí)，由于單相接地保護(hù)裝置動(dòng)作于跳閘，接地電流的持續(xù)時(shí)間按10 s考慮即可滿足要求。

綜上所述，接地電阻參數(shù)為：額定電壓21.2 k V，額定電流200 A，阻值101Ω，最大通流時(shí)間10 s。

6.4 接地變壓器選擇

（1）接地變壓器額定電流：采用IZN＝IR／3n計(jì)算，接地變壓器的額定電流為6.35 A。

（2）接地變壓器額定電壓為35 k V。

（3）接地變壓器容量：按表1過負(fù)荷時(shí)間10 s，過負(fù)荷倍數(shù)10.5倍要求，采用SN＝3×Uph×IZN（其中）計(jì)算，接地變壓器的容量為385 k VA。根據(jù)相關(guān)樣本選擇接地變壓器容量為400 k VA，額定電流為6.6 A。

綜上所述，接地變壓器參數(shù)為：聯(lián)結(jié)組別ZN，額定電壓35 k V，額定電流6.6 A，額定容量400 k VA。

7 結(jié)語

隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜線路替代架空線路的比例不斷提高，以電纜為主的配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)低電阻接地方式將成為發(fā)展趨勢(shì)。本文以某造紙廠工程為例，介紹了中性點(diǎn)接地方式的確定，分析了低電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了低電阻接地系統(tǒng)接地電阻及接地變壓器的選擇。

［1］周澤存.高電壓技術(shù)［M］.北京：水利水電出版社，1987.

［2］解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過電壓［M］.北京：水利水電出版社，1985.

［3］弋東方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次部分［M］.北京：水利電力出版社，1989.

［4］DL／T5222—2005 導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［5］GB／T50064—2014 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)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］.