小电阻接地改造引起配电网若干问题的探讨

周佳威 王 勇 王春柳

（苏州电力设计研究院有限公司，江苏苏州215000）

0 引言

电力系统接地方式可以分为两大类，一类为大电流接地系统，指中性点直接或经小电阻接地；另一类为小电流接地系统，指中性点不接地或经高阻、消弧线圈接地。对于10（20）kV中压配电网，GB 50613—2010《城市配电网规划设计规范》中规定：单相接地电容电流不超过10 A时，应采用不接地方式；10～150 A时，宜采用经消弧线圈接地方式；超过150 A或为电缆网时，宜采用低电阻接地方式。

小电流接地系统因具有单相接地持续运行的特点，有助于提升用户供电可靠性，因此在中压配电网中得到了广泛应用。由于城市发展需要，城市内中压配网线路电缆化率逐渐提升，电缆故障多为永久性故障且电容电流大，电缆沟运行环境普遍恶劣，为避免单根电缆故障引起同沟其他电缆事故，能够快速切除接地故障的小电阻接地方式愈发得到重视[1]。

截至2017年初，江苏某市10（20）kV配电网电缆化率超过45%，A+区域电缆化率100%，其中20 kV配电网建设时已采用小电阻接地方式。由于10 kV配电网电缆化率的不断提升，该市目前正在针对现存的变电站10 kV侧进行小电阻接地改造，为避免产生各类电气危险[2]以及电能计量的误差，10 kV配电网应进行相应改造。

本文以该市正在进行的变电站小电阻接地改造为基础，论述小电阻接地改造对配电网产生的影响及对应改造的困难，并对配电网接地方式的选择提出了建议。

1 配电网接地方式及小电阻接地特点

1.1 配电网接地方式

我国配电网采用的接地方式主要包括：不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地和直接接地。

中性点不接地方式是指中性点没有直接与大地连接，该种接地方式的特点是在发生单相接地故障时，线电压维持不变，系统仍三相平衡，电气设备可正常运行2 h左右，这是其主要优点所在。但非故障相电压升高可能造成绝缘击穿，进而引发两相接地短路故障，且电容电流大于10 A时，接地点电弧不能可靠熄灭，从而会带来危害[3]。

中性点经消弧线圈接地方式是指中性点接入消弧线圈装置后与大地连接，该种接地方式同样允许带故障运行，但同样不能超过2 h，当单相接地电容电流超过10 A时，中性点经消弧线圈接地方式能很好地减小接地故障时接地电流大小，从而有效熄灭电弧。

由于目前对于小电流接地系统缺乏可靠的故障选线手段，并且随着城市电缆线路的增加，小电阻接地方式得到了更多的关注与应用。由于我国变电站内主变10 kV侧为三角形接线，因而小电阻接地需由接地变提供中性点，接地变的容量选择与中性点电阻值选择相匹配，其原理示意图如图1所示。接地变一般采用Z型接地变，即将三相铁芯每个芯柱上的绕组平均分为两段，两段绕组极性相反，三相绕组按Z形连接法接成星型接线[4]。

图1 小电阻接地原理示意图

1.2 小电阻接地改造特点

配电网小电阻接地有其优越性，但也同时存在不足，具体优缺点包括[5-6]：

（1）限制弧光接地过电压和预防谐振过电压。当选取Rn＜（1～2）/3ωC时（C为系统对地电容），过电压一般就不超过2.1倍相电压。中性点经小电阻接地电网由于过电压降低，对系统绝缘薄弱点影响减小，单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制，并能预防谐振过电压的产生。

（2）故障选线功能良好，供电可靠性提高。小电流接地系统的单相接地电流小，采用中性点经消弧线圈接地时，故障线路的电流甚至可能低于非故障线路电流，因此采用常规的基于稳态零序电流的保护方法难以准确地检出故障线路来，需通过试拉试送来寻找故障线路，进而造成了非故障线路不必要的断电。而在小电阻接地的大电流接地系统中，故障线路流过接地点的电流很大，启动线路零序保护，可以准确快速地切除故障线路，缩短故障排查时间，提高供电可靠性。

（3）单相接地跳闸次数增多，影响用户正常供电。对于中性点小电阻接地的情况，单相接地故障无论是永久性还是非永久性故障，均作用于跳闸，使得线路跳闸次数增加。但另一方面，迅速切除故障线路防止了单相接地故障进一步发展为相间故障。

（4）对通信线路产生干扰。中性点小电阻接地时，单相接地故障电流较大，可能对通信线路产生干扰，因此需对该项内容进行校核。

2 小电阻接地改造对配电网产生的影响

小电阻接地改造并不是简单地在变电站内主变10 kV侧增加接地变与接地电阻即可，还需考虑改造对配电网产生的整体影响。以下就从小电阻接地改造产生的用户电气危险和计量方式变化来说明这一点。

2.1 小电阻接地改造产生的用户电气危险

2.1.1 TN系统的接触电压危险

在10/0.4 kV的配电站所内，变压器需做设备外壳的安全接地，同时0.4 kV侧中性点需做工作接地，在小电流系统中，这两个接地经常共用一个接地极。但在小电阻接地系统中，接地短路时短路电流较大，配电站所接地极上产生的电压降可超过1 000 V。如果此时配电站所安全接地与工作接地共用一个接地极，中性点对地电压可通过PEN或PE线传导至用户侧电气设备的外壳（即图2中Uf），如果人体此时接触到电气设备外壳，存在触电危险。

图2 配电站所和低压装置对地连接示意图[7]

为避免上述电击危险，可采取以下防范措施：

（1）用户侧实施总等电位联结。总等电位联结是将保护接地导体、总接地导体、建筑物内的金属管道和可利用的建筑物金属结构等可导电部分连接在一起，这样可使人体触及电气设备外壳时，手、足均处于Uf电位，无电压差，因此可防范电击事故。

（2）局部采用TT系统。即电气设备外壳不接来自配电站所的PE线，而采取另打接地极的方式，从而避免故障电压的传导，因此可防范电击事故。

（3）将配电站所内安全接地与工作接地分开。这样就从根本上杜绝了10 kV接地故障传导至低压用户侧。

2.1.2 TT系统的应力电压危险[2]

当配电站所10 kV侧发生接地故障时，由于N线的传导，低压电气设备将承受Uf+U0的工频过电压（Uf+U0为相电压），IEC标准规定一般低压电气设备当切断时间不大于5 s时，允许工频过电压为U0+1 200 V。

因此，避免TT系统中电气设备绝缘击穿的第一个措施便是：正确选取接地故障电流并适当降低安全接地电阻，令两者乘积不大于1 200 V。另外，将配电站所内安全接地与工作接地分开，同样可防止10 kV接地短路产生的过电压威胁设备绝缘。

2.2 小电阻接地改造带来的计量方式变化

中性点接地方式的改变对电能计量方式也将产生影响，DL/T 825—2002《电能计量装置安装接线规则》中规定：“中性点非有效接地系统一般采用三相三线有功、无功电能表，中性点有效接地系统应采用三相四线有功、无功电能表。”DL/T 448—2016《电能计量装置技术管理规程》中也强调：“接入中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相三线有功、无功或多功能电能表。接入非中性点绝缘系统的电能计量装置，应采用三相四线有功、无功或多功能电能表。”这主要是因为三相三线电路中没有中性线，因此零序电流没有回路，从而ia+ib+ic=0。以有功功率为例：

所以，如图3所示，中性点非有效接地系统中可采用二表法测量三相功率，这样可以节省一个表计，从而减少投资。

图3 中性点非有效接地系统二表法原理图

但在中性点有效接地系统中有中性线构成回路，即in=ia+ib+ic≠0，因此必须采用三表法测量三相功率，否则将产生（-ubin）的计量误差。

3 配电网对应改造的困难

前文分析所述在用户侧采取的措施，例如实现总等电位联结等，在改造中是难以做到的。对于供电公司而言，最可行的防范措施是将配电站所内安全接地与工作接地分开，这样可以同时防范TN系统的接触电压危险和TT系统的应力电压危险。分开时应将变压器中性点引出单芯电缆接至工作接地专用的接地极上，且与安全接地距离不小于10 m[2]。

对于计量方式，在小电流接地系统中，为节约投资，高供高计的专变电能计量广泛采用了二表法，如需确保小电阻接地改造后的系统计量准确无误，需对相关计量设备进行改造。

江苏某市区已于2017年开始对变电站10 kV侧进行小电阻接地改造，该市以往在10 kV配电网中，变压器工作接地与安全接地相连，且高供高计的专变电能计量采用二表法。根据上文所述，配电网需进行相应的改造。该市在开展配电网对应改造过程中，遇到了如下困难：

（1）配网中配电站所数量多、分布广，全部改造涉及的停电范围广、施工难度大。

（2）居民小区内的公变建成后移交供电公司运维管理，属于供电公司资产，改造应由供电公司出资。但专变以及其对应的高压计量柜属于用户资产，因供电公司所管理的变电站改造而引起的用户资产改造，用户存在不愿出资的情况，这部分改造资金的来源存在争议，巨大的改造成本成为难题。

（3）配网工程由于过去重视程度不够，对于竣工资料的收集、存档几乎处于缺失状态，对于站所接地网这类隐蔽工程亦难以通过后期查勘获得资料，因此改造方案制定困难，工程设计难以准确估算投资。

（4）配电站所或与其他建筑合建，或位于小区地块内隐蔽处，所处环境多数较为复杂。由于改造涉及接地网，土建工程可能影响地块内正常的生产、生活，得不到地块业主的理解与配合。

4 结论和建议

从江苏某市配电网接地方式改造时遇到的困难来看，由小电流系统向大电流接地系统转变时，配电网对应改造所面对的改造难度较大，由于供电公司内部门设置的原因，变电站内进行小电阻接地改造时未能充分考虑配电网对应改造的难度与成本。目前已有对于配电网采用何种接地方式不同的声音[8]，未来城市进行配电网接地方式的改造，应充分估算变电站及配电网两部分的改造成本，并进行相关调查走访，评估改造难度。

对于中长期规划中电容电流可能超出150 A或规划建设电缆网架的新建电力网络，无论当前配电网采取何种接地方式，都应将配电变压器的安全接地与工作接地分开设置，10 kV侧的计量装置也应采用三相四线电能计量装置。这两项工作虽然将增加小部分初始投资，但能够防止未来可能的配电网接地方式改造时带来的麻烦。

[1]陈文浩，刘艳，刘方.电力系统10 kV配电网接地方式探讨[J].电工技术，2015（12）：69-70.

[2]王厚余.小电阻接地10 kV网络内变电所接地短路对低压用户的电气危险及其防范措施[J].电网技术，1998，22（11）：56-58.

[3]朱亮.10 kV配电网小电阻接地系统单相短路故障及其保护研究[D].长沙：湖南大学，2011.

[4]付晓奇，徐粮珍，赵宝丽.10 kV配网中性点小电阻接地技术与应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（23）：227-230.

[5]韩利群.10 kV各类中性点接地方式运行情况研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[6]杨卫东，姜霞，林剑.深圳电网10 kV系统中性点接地方式分析[J].广东电力，2002，15（3）：19-22.

[7]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京：中国电力出版社，2016.

[8]徐丙垠，李天友.配电网中性点接地方式若干问题的探讨[J].供用电，2015（6）：12-16，29.