多电源10/0.4kV变电所系统接地的实施

王 颖 / 秦元岗

(1.中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120; 2.国防科技大学科研部，湖南 长沙410073)

多电源10/0.4kV变电所系统接地的实施

王 颖1/ 秦元岗2

(1.中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120; 2.国防科技大学科研部，湖南 长沙410073)

0 引言

10/0.4kV变电所含变压器低压中性点的系统接地和高低压电气设备外露导电部分的保护接地两个接地[1]，本文主要讨论的是10/0.4kV变电所含多电源时其系统接地的实施。《低压电气装置(GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005) 第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》、《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065-2011)规定 “对于具有多电源的TN系统，不应在变压器的中性点或发电机的星形点直接对地连接；变压器的中性点或发电机的星形点之间相互连接的导体应是绝缘的，这种导体的功能类似于PEN，然而，不得将其与用电设备连接；在诸电源中性点间相互连接的导体与PE导体之间，应只连接一次。这一连接应设置在总配电屏内；对装置的PE导体可另外增设接地[2，3]。虽然这两本规范均已实施，但设计、审图、施工、质检等部门目前执行的仍是《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB50303-2002)第 5.1.2条规定：接地装置引出的接地干线与变压器的低压侧中性点直接连接；接地干线与箱式变电所的N母线和PE母线直接连接；变压器箱体、干式变压器的支架或外壳应接地(PE)。所有连接应可靠，紧固件及防松零件齐全[4]；以及国标图集《干式变压器安装》(99D201-2)中变压器低压侧中性点引出线与接地端子直接连接的做法。在系统接地的设置问题上，现行国家标准与IEC转换标准之间为什么会有这么大的差异？这就不得不提到“杂散电流”。

1 杂散电流

中性线电流除通过本回路的中性线返回电源，还通过其他并联通路返回电源，这部分中性线电流被称作杂散电流[5]。

杂散电流可能引起下述电气灾害：

1)杂散电流可感应产生杂散电磁场，干扰重要敏感信息技术设备的正常工作。

2)杂散电流可能因不正规通路导电不良而打火，引燃可燃物起火。

3)杂散电流如以大地为通路返回电源，可能形成电池，因电化学腐蚀接地极、地下基础钢筋或金属管道等金属部分。

图1 两台变压器分列运行，正常单相电流流向

图2 两台变压器分列运行，接地故障电流流向

GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005、GB/T50065-2011中的一点接地规定正是基于消除多电源TN系统杂散电流以满足电磁兼容性要求，而GB50303-2002对此未作考虑[6]。下面就对两种做法作一比较。

2 变压器中性点直接就地接地

当两台变压器的主进开关为3P、联络开关为4P以及主进开关、联络开关均为4P时，杂散电流是否存在呢？分析过程同上，限于篇幅原因，此处不一一绘图，仅列表如下(表1)。从防范杂散电流的角度来看，主进、联络开关均为4P的效果是最好的，主进开关为3P、联络开关为4P的效果次之，主进、联络开关均为3P的效果是最差的。

但是主进开关用4P有以下几点问题：1)N母排装设开关，增加“断零”危险；2)4P开关浪费；3)中性点这段出线是PEN线，主进用4P违反了“PEN线不得断开”的强制性条文。尽管如此，各别地区审图仍要求采用4P开关。

表1 中性点直接接地时，双变压器开关级数与杂散电流的关系

图3 GB/T16895.1-2008/ IEC60364-1:2005/、GB/T50065-2011 中多电源TN-C-S系统内系统接地的设置

图4 含两台变压器变电所的系统接地实施

实施中性点直接就地接地后，低压屏内带电导体除相母线外，另外的母线标注为N母排，此时，联络开关用4P值得推荐，因为单台变压器带两组低压屏的运行状态较少，而两台变压器分列运行时此种方式有效减少了杂散电流。因此，《低压配电设计规范》(GB50054-2011)3.1.16条规定“在电路中需防止电流流经不期望的路径时，可选用具有断开中性极的开关电器[6]” ；《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)第7.5.3条规定“TN-C-S、TN-S系统中的电源转换开关，应采用切断相导体和中性导体的四级开关[7]” 。

减少杂散电流和采用3P开关是一对矛盾体：采用3P开关，必然会产生杂散电流；而减少杂散电流，需要采用4P开关。解决矛盾的办法就是IEC标准规定的一点接地方法。

3 一点接地

引言中已提到《低压电气装置 第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》(GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005)、《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065-2011)关于一点接地的文字规定。其实施如图3、4。图中，各处标注的含义如下：

1：不允许电源中性点直接就地接地。

2：两电源中性点间的连接线必须加以绝缘，这根线的作用类同PEN线，但不得从这根连接线的回路上连接用电设备。

3：只能在此处将此连接线和PE线相连接而实现系统接地，此连接点可在多台变压器的变电所低压配电盘内，也可在电气装置电源进线的总配电箱内。

4：电气装置内的PE线可多次重复接地[1]。

在这两本规范中，多电源TN系统没有TN-S系统，规范对此系统的表述为“对用电设备采用单独的PE和N的多电源TN-C-S系统”。也就是说对于楼内设有变电站的建筑物来说，其整体是TN-S系统，但变电所这个小系统是TN-C-S系统。

“一点接地”并不是指PE保护接地线的接地，而是指从变压器或发电机中性点引出的PEN线的接地。即从电源中性点引出的PEN线只能在低压配电柜或总配电屏处与PE线一点接地。在同一建筑物内，不得再在其他处接地。这是对于电源处的系统接地所作的规定。当从此系统引出TN-C和TN-C-S系统时，在电气装置外的低压配电线路上只要有可能就需将PEN线做重复接地，因为PEN线内有中性线电流产生的电压降导致PEN线的对地电位，重复接地可降低这一电位。而对PE线而言，无论是哪一种接地系统，也不论是在电气装置内或外，只要有可能，将PE线多次重复接地以降低电气装置外露导电部分的电位总是有好处的。

图4所示为两台变压器分列运行时，正常单相电流In及单相接地故障电流Id的流向，均无杂散电流。同理可分析两台变压器主进开关只合其中一台且联络开关合的情形，也是没有杂散电流的。

4 实施一点接地应注意的问题

从以上分析可看出，一点接地既能防范杂散电流，又不必为此使用4P开关，好处显而易见。但是目前全盘否定中性点直接就地接地的做法不太现实，从设计角度看有以下两点原因：其一，很多设计者还没有意识到杂散电流的危害，毕竟多年来一直采用多点接地似乎也没有造成很明显的危害，况且作为实际存在的杂散电流，无测量出的定量值以及计算方法，让人感觉杂散电流仅停留在理论阶段；其二，在新的强制性国家标准和国家标准图集实施之前，现有规范间存在矛盾，供电部门也不认可变压器中性点在低压屏内一点接地的实施方法，使得设计者执行起来难度很大。好在《建筑电气工程施工质量验收规范(征求意见稿)》中删除“接地装置引出的接地干线与变压器的低压侧中性点直接连接”的规定，改为“变压器中性点的接地连接型式及接地电阻值必须符合设计要求。”这为我们设计院执行并推广“一点接地”提供了可能。目前过渡阶段可先在数据中心、爆炸危险场所等杂散电流对其影响较大的场所采用一点接地法，并逐步实现所有多电源系统的一点接地。

实施一点接地应注意的问题：

1)变电所实施一点接地，低压屏内带电回路导体名称分别为L1、L2、L3、PEN，不带电回路导体名称为PE。因此低压配电屏的主进及联络开关切不可使用4P开关。

2)对于多电源系统的一点接地，不是每台电源都需在其各自的低压屏内一点接地，而是多电源作为整体，在任一台电源的低压屏内将PEN线与PE线一点连接。

3)此系统可引出除IT系统外的TN-C、TN-S、TN-C-S及TT系统。引出TN-C-S系统时需注意：TN-C-S系统使用剩余电流动作保护器时，PEN导体不得接在其负荷侧，保护导体与PEN导体的连接应在剩余电流动作保护器电源侧进行。

[1] 王厚余.低压电气装置的设计安装和检验(第三版)[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2] 中机中电设计研究院. GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005 低压电气装置 第1部分：基本原则、一般特性评估和定义[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 中国电力科学研究院.GB/T50065-2011交流电气装置的接地设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[4] 浙江省开元安装集团有限公司.GB 50065-2002 建筑电气工程施工质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2002.

[5] 王厚余.变电所的系统接地和杂散电流[J].建筑电气,2007,26(9)：4-7.

[6] 凌智敏.多电源TN系统的N线在哪里一点接地[J].建筑电气,2013,32(5)：3-11.

[7] 中机中电设计研究院有限公司.GB 50054-2011低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[8] 中国建筑东北设计研究院.JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

王 颖

2008年硕士毕业于湖南大学电气工程专业，工程师，国家注册供配电工程师。

Implementation of Multi-power System Grounding in 10/0.4kV Substations

Wang Ying / Qin Yuangang

本文通过对多电源10/0.4kV变电所系统接地实施的两种做法——变压器中性点直接就地接地法及一点接地法进行比较，说明一点接地法在防范杂散电流方面明显优于变压器中性点直接就地接地法，并列举实施一点接地法应注意的问题。

系统接地 多电源TN系统 杂散电流 一点接地 中性点直接就地接地

Through making comparison of two working methods for multi-power system grounding in 10/ 0.4kV substations: transformer neutral point direct earthing and one-point earthing, this paper points out that one-point earthing method is better than transformer neutral point direct earthing in the aspect of preventing stray current, and highlights the issues that should be concerned if implementing one-point earthing method.

system earthing, multiple power TN system, stray current, one-point earthing, neutral point direct earthing