周佳威 王 勇 王春柳

（蘇州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇蘇州215000）

0 引言

電力系統(tǒng)接地方式可以分為兩大類，一類為大電流接地系統(tǒng)，指中性點(diǎn)直接或經(jīng)小電阻接地；另一類為小電流接地系統(tǒng)，指中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻、消弧線圈接地。對(duì)于10（20）kV中壓配電網(wǎng)，GB 50613—2010《城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：?jiǎn)蜗嘟拥仉娙蓦娏鞑怀^(guò)10 A時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；10～150 A時(shí)，宜采用經(jīng)消弧線圈接地方式；超過(guò)150 A或?yàn)殡娎|網(wǎng)時(shí)，宜采用低電阻接地方式。

小電流接地系統(tǒng)因具有單相接地持續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)，有助于提升用戶供電可靠性，因此在中壓配電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。由于城市發(fā)展需要，城市內(nèi)中壓配網(wǎng)線路電纜化率逐漸提升，電纜故障多為永久性故障且電容電流大，電纜溝運(yùn)行環(huán)境普遍惡劣，為避免單根電纜故障引起同溝其他電纜事故，能夠快速切除接地故障的小電阻接地方式愈發(fā)得到重視[1]。

截至2017年初，江蘇某市10（20）kV配電網(wǎng)電纜化率超過(guò)45%，A+區(qū)域電纜化率100%，其中20 kV配電網(wǎng)建設(shè)時(shí)已采用小電阻接地方式。由于10 kV配電網(wǎng)電纜化率的不斷提升，該市目前正在針對(duì)現(xiàn)存的變電站10 kV側(cè)進(jìn)行小電阻接地改造，為避免產(chǎn)生各類電氣危險(xiǎn)[2]以及電能計(jì)量的誤差，10 kV配電網(wǎng)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)改造。

本文以該市正在進(jìn)行的變電站小電阻接地改造為基礎(chǔ)，論述小電阻接地改造對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響及對(duì)應(yīng)改造的困難，并對(duì)配電網(wǎng)接地方式的選擇提出了建議。

1 配電網(wǎng)接地方式及小電阻接地特點(diǎn)

1.1 配電網(wǎng)接地方式

我國(guó)配電網(wǎng)采用的接地方式主要包括：不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地和直接接地。

中性點(diǎn)不接地方式是指中性點(diǎn)沒(méi)有直接與大地連接，該種接地方式的特點(diǎn)是在發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓維持不變，系統(tǒng)仍三相平衡，電氣設(shè)備可正常運(yùn)行2 h左右，這是其主要優(yōu)點(diǎn)所在。但非故障相電壓升高可能造成絕緣擊穿，進(jìn)而引發(fā)兩相接地短路故障，且電容電流大于10 A時(shí)，接地點(diǎn)電弧不能可靠熄滅，從而會(huì)帶來(lái)危害[3]。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是指中性點(diǎn)接入消弧線圈裝置后與大地連接，該種接地方式同樣允許帶故障運(yùn)行，但同樣不能超過(guò)2 h，當(dāng)單相接地電容電流超過(guò)10 A時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式能很好地減小接地故障時(shí)接地電流大小，從而有效熄滅電弧。

由于目前對(duì)于小電流接地系統(tǒng)缺乏可靠的故障選線手段，并且隨著城市電纜線路的增加，小電阻接地方式得到了更多的關(guān)注與應(yīng)用。由于我國(guó)變電站內(nèi)主變10 kV側(cè)為三角形接線，因而小電阻接地需由接地變提供中性點(diǎn)，接地變的容量選擇與中性點(diǎn)電阻值選擇相匹配，其原理示意圖如圖1所示。接地變一般采用Z型接地變，即將三相鐵芯每個(gè)芯柱上的繞組平均分為兩段，兩段繞組極性相反，三相繞組按Z形連接法接成星型接線[4]。

圖1 小電阻接地原理示意圖

1.2 小電阻接地改造特點(diǎn)

配電網(wǎng)小電阻接地有其優(yōu)越性，但也同時(shí)存在不足，具體優(yōu)缺點(diǎn)包括[5-6]：

（1）限制弧光接地過(guò)電壓和預(yù)防諧振過(guò)電壓。當(dāng)選取Rn＜（1～2）/3ωC時(shí)（C為系統(tǒng)對(duì)地電容），過(guò)電壓一般就不超過(guò)2.1倍相電壓。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)由于過(guò)電壓降低，對(duì)系統(tǒng)絕緣薄弱點(diǎn)影響減小，單相接地時(shí)電容充電的暫態(tài)過(guò)電流受到抑制，并能預(yù)防諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。

（2）故障選線功能良好，供電可靠性提高。小電流接地系統(tǒng)的單相接地電流小，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，故障線路的電流甚至可能低于非故障線路電流，因此采用常規(guī)的基于穩(wěn)態(tài)零序電流的保護(hù)方法難以準(zhǔn)確地檢出故障線路來(lái)，需通過(guò)試?yán)囁蛠?lái)尋找故障線路，進(jìn)而造成了非故障線路不必要的斷電。而在小電阻接地的大電流接地系統(tǒng)中，故障線路流過(guò)接地點(diǎn)的電流很大，啟動(dòng)線路零序保護(hù)，可以準(zhǔn)確快速地切除故障線路，縮短故障排查時(shí)間，提高供電可靠性。

（3）單相接地跳閘次數(shù)增多，影響用戶正常供電。對(duì)于中性點(diǎn)小電阻接地的情況，單相接地故障無(wú)論是永久性還是非永久性故障，均作用于跳閘，使得線路跳閘次數(shù)增加。但另一方面，迅速切除故障線路防止了單相接地故障進(jìn)一步發(fā)展為相間故障。

（4）對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。中性點(diǎn)小電阻接地時(shí)，單相接地故障電流較大，可能對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾，因此需對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行校核。

2 小電阻接地改造對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

小電阻接地改造并不是簡(jiǎn)單地在變電站內(nèi)主變10 kV側(cè)增加接地變與接地電阻即可，還需考慮改造對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的整體影響。以下就從小電阻接地改造產(chǎn)生的用戶電氣危險(xiǎn)和計(jì)量方式變化來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。

2.1 小電阻接地改造產(chǎn)生的用戶電氣危險(xiǎn)

2.1.1 TN系統(tǒng)的接觸電壓危險(xiǎn)

在10/0.4 kV的配電站所內(nèi)，變壓器需做設(shè)備外殼的安全接地，同時(shí)0.4 kV側(cè)中性點(diǎn)需做工作接地，在小電流系統(tǒng)中，這兩個(gè)接地經(jīng)常共用一個(gè)接地極。但在小電阻接地系統(tǒng)中，接地短路時(shí)短路電流較大，配電站所接地極上產(chǎn)生的電壓降可超過(guò)1 000 V。如果此時(shí)配電站所安全接地與工作接地共用一個(gè)接地極，中性點(diǎn)對(duì)地電壓可通過(guò)PEN或PE線傳導(dǎo)至用戶側(cè)電氣設(shè)備的外殼（即圖2中Uf），如果人體此時(shí)接觸到電氣設(shè)備外殼，存在觸電危險(xiǎn)。

圖2 配電站所和低壓裝置對(duì)地連接示意圖[7]

為避免上述電擊危險(xiǎn)，可采取以下防范措施：

（1）用戶側(cè)實(shí)施總等電位聯(lián)結(jié)?？偟入娢宦?lián)結(jié)是將保護(hù)接地導(dǎo)體、總接地導(dǎo)體、建筑物內(nèi)的金屬管道和可利用的建筑物金屬結(jié)構(gòu)等可導(dǎo)電部分連接在一起，這樣可使人體觸及電氣設(shè)備外殼時(shí)，手、足均處于Uf電位，無(wú)電壓差，因此可防范電擊事故。

（2）局部采用TT系統(tǒng)。即電氣設(shè)備外殼不接來(lái)自配電站所的PE線，而采取另打接地極的方式，從而避免故障電壓的傳導(dǎo)，因此可防范電擊事故。

（3）將配電站所內(nèi)安全接地與工作接地分開(kāi)。這樣就從根本上杜絕了10 kV接地故障傳導(dǎo)至低壓用戶側(cè)。

2.1.2 TT系統(tǒng)的應(yīng)力電壓危險(xiǎn)[2]

當(dāng)配電站所10 kV側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，由于N線的傳導(dǎo)，低壓電氣設(shè)備將承受Uf+U0的工頻過(guò)電壓（Uf+U0為相電壓），IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一般低壓電氣設(shè)備當(dāng)切斷時(shí)間不大于5 s時(shí)，允許工頻過(guò)電壓為U0+1 200 V。

因此，避免TT系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣擊穿的第一個(gè)措施便是：正確選取接地故障電流并適當(dāng)降低安全接地電阻，令兩者乘積不大于1 200 V。另外，將配電站所內(nèi)安全接地與工作接地分開(kāi)，同樣可防止10 kV接地短路產(chǎn)生的過(guò)電壓威脅設(shè)備絕緣。

2.2 小電阻接地改造帶來(lái)的計(jì)量方式變化

中性點(diǎn)接地方式的改變對(duì)電能計(jì)量方式也將產(chǎn)生影響，DL/T 825—2002《電能計(jì)量裝置安裝接線規(guī)則》中規(guī)定：“中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)一般采用三相三線有功、無(wú)功電能表，中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)應(yīng)采用三相四線有功、無(wú)功電能表?！盌L/T 448—2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》中也強(qiáng)調(diào)：“接入中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置，應(yīng)采用三相三線有功、無(wú)功或多功能電能表。接入非中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的電能計(jì)量裝置，應(yīng)采用三相四線有功、無(wú)功或多功能電能表?！边@主要是因?yàn)槿嗳€電路中沒(méi)有中性線，因此零序電流沒(méi)有回路，從而ia+ib+ic=0。以有功功率為例：

所以，如圖3所示，中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中可采用二表法測(cè)量三相功率，這樣可以節(jié)省一個(gè)表計(jì)，從而減少投資。

圖3 中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)二表法原理圖

但在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中有中性線構(gòu)成回路，即in=ia+ib+ic≠0，因此必須采用三表法測(cè)量三相功率，否則將產(chǎn)生（-ubin）的計(jì)量誤差。

3 配電網(wǎng)對(duì)應(yīng)改造的困難

前文分析所述在用戶側(cè)采取的措施，例如實(shí)現(xiàn)總等電位聯(lián)結(jié)等，在改造中是難以做到的。對(duì)于供電公司而言，最可行的防范措施是將配電站所內(nèi)安全接地與工作接地分開(kāi)，這樣可以同時(shí)防范TN系統(tǒng)的接觸電壓危險(xiǎn)和TT系統(tǒng)的應(yīng)力電壓危險(xiǎn)。分開(kāi)時(shí)應(yīng)將變壓器中性點(diǎn)引出單芯電纜接至工作接地專用的接地極上，且與安全接地距離不小于10 m[2]。

對(duì)于計(jì)量方式，在小電流接地系統(tǒng)中，為節(jié)約投資，高供高計(jì)的專變電能計(jì)量廣泛采用了二表法，如需確保小電阻接地改造后的系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確無(wú)誤，需對(duì)相關(guān)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行改造。

江蘇某市區(qū)已于2017年開(kāi)始對(duì)變電站10 kV側(cè)進(jìn)行小電阻接地改造，該市以往在10 kV配電網(wǎng)中，變壓器工作接地與安全接地相連，且高供高計(jì)的專變電能計(jì)量采用二表法。根據(jù)上文所述，配電網(wǎng)需進(jìn)行相應(yīng)的改造。該市在開(kāi)展配電網(wǎng)對(duì)應(yīng)改造過(guò)程中，遇到了如下困難：

（1）配網(wǎng)中配電站所數(shù)量多、分布廣，全部改造涉及的停電范圍廣、施工難度大。

（2）居民小區(qū)內(nèi)的公變建成后移交供電公司運(yùn)維管理，屬于供電公司資產(chǎn)，改造應(yīng)由供電公司出資。但專變以及其對(duì)應(yīng)的高壓計(jì)量柜屬于用戶資產(chǎn)，因供電公司所管理的變電站改造而引起的用戶資產(chǎn)改造，用戶存在不愿出資的情況，這部分改造資金的來(lái)源存在爭(zhēng)議，巨大的改造成本成為難題。

（3）配網(wǎng)工程由于過(guò)去重視程度不夠，對(duì)于竣工資料的收集、存檔幾乎處于缺失狀態(tài)，對(duì)于站所接地網(wǎng)這類隱蔽工程亦難以通過(guò)后期查勘獲得資料，因此改造方案制定困難，工程設(shè)計(jì)難以準(zhǔn)確估算投資。

（4）配電站所或與其他建筑合建，或位于小區(qū)地塊內(nèi)隱蔽處，所處環(huán)境多數(shù)較為復(fù)雜。由于改造涉及接地網(wǎng)，土建工程可能影響地塊內(nèi)正常的生產(chǎn)、生活，得不到地塊業(yè)主的理解與配合。

4 結(jié)論和建議

從江蘇某市配電網(wǎng)接地方式改造時(shí)遇到的困難來(lái)看，由小電流系統(tǒng)向大電流接地系統(tǒng)轉(zhuǎn)變時(shí)，配電網(wǎng)對(duì)應(yīng)改造所面對(duì)的改造難度較大，由于供電公司內(nèi)部門(mén)設(shè)置的原因，變電站內(nèi)進(jìn)行小電阻接地改造時(shí)未能充分考慮配電網(wǎng)對(duì)應(yīng)改造的難度與成本。目前已有對(duì)于配電網(wǎng)采用何種接地方式不同的聲音[8]，未來(lái)城市進(jìn)行配電網(wǎng)接地方式的改造，應(yīng)充分估算變電站及配電網(wǎng)兩部分的改造成本，并進(jìn)行相關(guān)調(diào)查走訪，評(píng)估改造難度。

對(duì)于中長(zhǎng)期規(guī)劃中電容電流可能超出150 A或規(guī)劃建設(shè)電纜網(wǎng)架的新建電力網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論當(dāng)前配電網(wǎng)采取何種接地方式，都應(yīng)將配電變壓器的安全接地與工作接地分開(kāi)設(shè)置，10 kV側(cè)的計(jì)量裝置也應(yīng)采用三相四線電能計(jì)量裝置。這兩項(xiàng)工作雖然將增加小部分初始投資，但能夠防止未來(lái)可能的配電網(wǎng)接地方式改造時(shí)帶來(lái)的麻煩。

[1]陳文浩，劉艷，劉方.電力系統(tǒng)10 kV配電網(wǎng)接地方式探討[J].電工技術(shù)，2015（12）：69-70.

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