中压系统接地电阻的接线方式探讨

石 巍，张彦昌

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

我国高压110kV及以上电压等级考虑到绝缘成本，一般都采用中性点直接接地系统；低压380V电压等级考虑到经常需要220V相电压，一般也采用中性点直接接地系统；而中压3kV～66kV电压等级考虑到供电可靠性，一般都采用中性点不接地系统，但在单相接地电容电流较大时，为防止引起弧光接地过电压采取经消弧线圈或经电阻接地方式。

中压系统采用中性点经电阻接地即在中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻，该电阻与电网对地电容构成并联回路。电阻的作用主要有两点：一是在短路接地电流中增加电阻性电流分量，以降低接地过电压的倍数，当Ir=Ic时，过电压水平可以降低到2.5倍之内；二是电阻是耗能元件，当电网发生单相接地故障时，在接地电弧熄灭后，电网对地电容中的残余电荷将通过中性点电阻释放掉，当发生下一次电弧燃烧时，其过电压幅值与电网在正常运行条件下发生单相接地故障的情况相同，不会产生很高的弧光接地过电压。

1 中性点采用电阻接地系统的分类

1.1 按接地电阻的保护特点分类

按照我国的规程规范，电阻接地方式分为低阻接地和高阻接地。低阻接地是指发生单相接地故障后动作于跳闸的，接地故障电流一般大于10A(电容电流大于7A)的中压系统所应采用的电阻接地方式；高阻接地是指发生单相接地故障后可持续运行的，接地故障电流一般不大于10A(电容电流不大于7A)的中压系统所应采用的电阻接地方式。

1.2 按接地电阻的接线特点分类

(1)变压器中压侧为Yn接线，其中性点可以直接接入电阻，见图1a和图1b。

图1 Yn接线示意图

(2)变压器中压侧为Δ接线，在变压器中压侧出口或中压侧母线上外加Z形接地变压器形成一个中性点，接地电阻接在Z形变压器高压侧的中性点，见图2a和图2b。

图2 Δ接线配Z形接地变压器示意图

(3)变压器中压侧为Δ接线，在变压器中压侧母线上外加Y/Δ接地变压器形成一个中性点，接地电阻接在Y/Δ接线的变压器高压侧的中性点或者接地电阻接在Y/Δ接线的变压器低压侧开口三角上，见图3a和图3b。

图3 Δ接线配Y/Δ接地变压器示意图

目前工程中运用较多是第一种和第二种接线方式，第三种接线方式运用较少。

2 接地电阻的计算分析

2.1 传统计算分析方法

(1)第一种接线方式，见图4。

图4 第一种接线方式网络图

设C1=C2=C3=C0，则C相接地故障时的等值电路见图5。

图5 第一种接线方式阻抗图

其中Zt相对于R较小，暂忽略不计。同时忽略绝缘电阻Rf，则：

当R = 1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic= Ir。

(2)第二种接线方式，见图6。

图6 第二种接线方式网络图

设C1=C2=C3=C0，X1=X2=X3=X0，则C相接地故障时的等值电路见图7。

图7 第二种接线方式阻抗图

由于采用Z形接地变压器，故X0≈0。同时忽略绝缘电阻Rf，则：

当R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。

(3)第三种接线方式，故障运行等值电路图同图7。

Ijd=Ec/(Rf+1/( j3ωC0+1/(X0+R)))

由于采用Y/Δ接线的接地变压器，故X0较大，但其相对于R较小，暂忽略不计。同时忽略绝缘电阻Rf，则：

当R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。

故这三种接线的计算结果基本一致，都是在R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。我们可以根据线路电容电流或容抗值计算所需要的接地电阻值。但是采用Z形接地变压器接线的方式计算精确度较高，计算接地电阻值较准确，其他两种方式由于忽略了变压器的零序阻抗而导致计算精确度较低。

2.2 序网络的计算分析方法

(1)第一种接线方式对应的序网络见图8。

图8 第一种接线方式序网络图

由于Zn、Zt、Zn0相对3R较小，故忽略不计，相当于只考虑零序网络的影响。

则：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

当R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。

结果和传统计算方法一致。

(2)第二种接线方式对应的序网络见图9。

图9 第二种接线方式序网络图

由于X0≈0，Zn、Zt相对3R较小，故忽略不计，相当于只考虑零序网络的影响。

则：Ijd=3×Ec/(3R//(-jXc))=3Ec/3R+3Ec/(-jXc)= Ec/R+3Ec×jωC0=Ir+Ic。

当R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。

结果和传统计算方法一致。

(3)第三种接线方式，其对应的序网络同图9。

由于Zn、Zt、X0相对3R较小，故忽略不计，相当于只考虑零序网络的影响。则：

当R=1/(3ωC0)= 1/3Xc时，Ic=Ir。

结果和传统计算方法一致。

2.3 结果分析

首先介绍几个常用的电容电流计算公式。

(1)单相接地电容电流可以由下面的公式计算：

Ue：系统额定线电压，(kV)；

UФ：系统额定相电压，(kV)；

C0：每相对地电容，(μF)；

(2)架空线路的电容电流可以由下面的公式估算：

Ic=(2.7～3.3)UeL×10-3

L：架空线路的长度，(km)；

2.7：系数，无架空地线的线路；3.3：系数，有架空地线的线路；同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3～1.6倍。

(3)电缆线路的电容电流可以由下面的公式估算：

(4)变电站增加的接地电容电流值见表1。

表1 变电站增加的接地电容电流值

电容电流在实际的计算中因为要考虑到不同截面的导线，开关，变压器，互感器等设备的对地电容，计算的结果往往是个估算值。

我们在采用以上三种接地电阻的接线方式时，往往是根据系统电容电流反推出需要增加的接地电阻性电流的值，再通过Ec/Ir计算出接地电阻的大小。电阻性电流的计算可以由下面的公式估算：

由此可见，虽然三种接地电阻的接线方式在计算中准确度不同，但在计算所需增加的电阻性电流时，通过考虑系数裕度K，已经可以忽略这种不同，都能够满足工程实际应用要求。

3 结论

(1)三种接地电阻的接线方式都是可行的，接地电阻的计算方法也是相同的。首先计算出系统的电容电流，再计算出需增加的电阻性电流值，最后计算出接地电阻值；

(2)第一和第二种接线方式运用的较多，第三种接线方式由于接地变压器的零序阻抗较大，因此运用较少；

(3)第一种接线方式一般考虑到三次谐波的影响，通常需要增加平衡线圈，增加了投资成本。同时中压侧也成为了接地系统，导致中压侧的不对称短路电流会对高压侧产生一定的影响，但影响较小。第二种接线方式需要单独增加开关柜和Z形接地变压器，但其效果是最好的。

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[2]何仰赞，温增银，汪馥英，周勤慧.电力系统分析[M].武汉：华中理工大学，1990.

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[5]编写组.电力工程电气设计手册这[K].北京：中国电力出版社，2007.